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Cientistas observam a gravidade de Einstein no mundo quântico
Uma equipe internacional, incluindo o físico ganhador do Prêmio Nobel, Professor Sir Roger Penrose, observou pela primeira vez um efeito da gravidade sobre um objeto quântico em queda, previsto há muito tempo.
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Oxford - 07/09/2026
Imagem: Reprodução
Uma equipe internacional, incluindo o físico ganhador do Prêmio Nobel, Professor Sir Roger Penrose, observou pela primeira vez um efeito da gravidade sobre um objeto quântico em queda, previsto há muito tempo. O resultado mostra que um princípio fundamental da teoria da gravidade de Einstein permanece consistente com o comportamento da matéria no mundo quântico. O estudo, liderado pela Universidade Ben-Gurion do Negev, pela Universidade de Ulm e pela Universidade de Oxford, foi publicado na revista Science Advances .
Por mais de um século, os físicos têm se baseado em duas descrições extraordinariamente bem-sucedidas da natureza. A mecânica quântica explica o comportamento peculiar dos átomos e de outros objetos minúsculos. A teoria da gravidade de Einstein explica como os objetos caem e como a gravidade molda o Universo. No entanto, os físicos ainda não compreendem completamente como as duas se encaixam.
Agora, uma equipe internacional realizou um experimento que investiga o ponto de encontro entre esses dois conceitos. No estudo, os pesquisadores observaram uma mudança distinta nas propriedades quânticas dos átomos à medida que caíam sob a ação da gravidade. Crucialmente, o efeito que eles mediram é o mesmo previsto quando o princípio da equivalência de Einstein, um dos pilares de sua teoria da gravidade, é aplicado a um objeto quântico.
O princípio da equivalência afirma que, para um observador em queda livre, a gravidade deveria desaparecer localmente. Alguém caindo livremente em um elevador, por exemplo, experimentaria a ausência de peso. Embora essa teoria tenha resistido a testes extraordinariamente precisos envolvendo matéria comum, não estava claro como isso poderia ser testado experimentalmente com objetos quânticos, que podem se comportar como ondas e efetivamente viajar por mais de um caminho.
No centro do experimento está um novo aparato que os pesquisadores chamam de Interferômetro Quântico de Galileu, em homenagem ao trabalho de Galileu sobre a gravidade. Ele permitiu que eles fizessem algo incomum: dividir efetivamente a onda quântica associada a um átomo em dois caminhos, manter um no lugar enquanto permitiam que o outro caísse livremente e, em seguida, reuni-los para ver como a gravidade havia alterado a onda descendente. Como esse trabalho exigia um novo tipo de interferometria quântica, o professor Wolfgang Schleich, especialista em teoria quântica da Universidade de Ulm, desenvolveu a compreensão quântica do aparato utilizado.
Colocando um princípio de Einstein à prova quântica
O experimento foi realizado na Universidade Ben-Gurion, utilizando nuvens de átomos de rubídio resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto e manipulados perto da superfície de um chip atômico especialmente projetado.
A equipe experimental, incluindo o estudante de doutorado Or Dobkowski, usou inicialmente pulsos de micro-ondas para colocar os átomos ultrafrios em uma superposição quântica, permitindo que cada átomo percorresse dois caminhos diferentes simultaneamente. Em seguida, utilizaram minúsculos fios elétricos no chip para gerar campos magnéticos precisamente controlados. Uma parte da onda atômica respondeu a esse campo magnético, permitindo que os pesquisadores aplicassem uma força ascendente que contrabalançava exatamente a força gravitacional descendente. Na prática, essa parte foi mantida estacionária em relação ao laboratório e à Terra .
A outra parte foi impulsionada para cima com um pulso magnético precisamente controlado, e então comutada para um estado quase imune ao campo magnético, de modo que pudesse cair livremente sob a ação da gravidade – seguindo uma trajetória balística, semelhante à de uma bola lançada ao ar.
Ao final da queda, os pesquisadores usaram outro pulso magnético precisamente controlado para reunir as duas partes. Quando as duas ondas se reuniram, elas interferiram entre si. Essa interferência permitiu que os pesquisadores medissem a minúscula diferença na fase quântica acumulada enquanto uma estava caindo e a outra permanecia imóvel.
A fase medida no novo experimento é a mesma prevista quando o princípio de Einstein é aplicado a uma onda quântica desse tipo. O resultado, portanto, fornece uma conexão experimental entre a física quântica e a teoria da gravidade de Einstein.
Embora experimentos anteriores tenham usado partículas quânticas para medir a gravidade, os pesquisadores afirmam que esta é a primeira medição direta da fase quântica prevista para um objeto em queda livre.
O autor principal, Professor Ron Folman (Universidade Ben-Gurion do Negev), afirmou: "Este é um artigo único, pois combina um experimento complexo com uma interpretação teórica abrangente sobre uma das questões mais fundamentais da física: como a gravidade (descrita pela teoria da relatividade de Einstein) e a teoria quântica podem ser unificadas em uma compreensão única do universo? Esses dois pilares da física moderna têm, até agora, escapado a todas as tentativas de uma estrutura teórica unificada, mas este experimento complexo oferece mais indícios de como tal unificação pode ser alcançada."
“Não temos uma teoria consistente que nos explique por que a física quântica deveria falhar. Este experimento leva a mecânica quântica a uma de suas fronteiras mais intrigantes, a gravidade, e mostra que, mais uma vez, suas previsões se confirmam.”
Professor Vlatko Vedral, coautor do estudo, Departamento de Física, Universidade de Oxford
O resultado não une a mecânica quântica e a gravidade, nem demonstra que a própria gravidade seja quântica. Em vez disso, demonstra que o princípio da equivalência de Einstein permanece consistente com a mecânica quântica no regime testado.
Além disso, o estudo não refuta um argumento apresentado pelo coautor do estudo, Professor Sir Roger Penrose (Universidade de Oxford), de que a mecânica quântica poderia falhar para objetos suficientemente massivos mantidos em superposições quânticas por tempo suficiente. Embora o presente experimento não tenha atingido as massas ou escalas de tempo necessárias para testar essa ideia, a equipe de pesquisa espera que a técnica seja um passo em direção a experimentos com objetos muito mais pesados, incluindo nanodiamantes, que poderiam investigar essa possibilidade. Um experimento desse tipo está em andamento no mesmo grupo na Universidade Ben-Gurion do Negev.
O estudo internacional contou com a participação de pesquisadores da Universidade Ben-Gurion do Negev; da Universidade de Oxford; da Universidade de Southampton; do Centro Aeroespacial Alemão; do Instituto de Tecnologias Quânticas de Ulm; da Universidade de Ulm; e da Universidade Texas A&M.
O estudo intitulado "Observação da fase quântica da queda livre e sua consistência com o princípio da equivalência" foi publicado na revista Science Advances .
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