Agindo sobre uma minúscula partícula levitando em uma armadilha magnética, os físicos acabaram de medir a menor força de gravidade já registrada.
A partícula pesava apenas 0,43 gramas. E a força da força gravitacional em jogo estava na escala de attonewtons (10 -18 newtons). Isso é pequeno o suficiente para estar à beira do reino quântico, provocando a possibilidade de finalmente descobrir como a física clássica e a mecânica quântica interagem.
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“Durante um século, os cientistas tentaram e não conseguiram compreender como a gravidade e a mecânica quântica funcionam juntas”, diz o físico Tim Fuchs, da Universidade de Leiden e da Universidade de Southampton, que liderou a investigação.
“Agora que medimos com sucesso os sinais gravitacionais na menor massa já registrada, isso significa que estamos um passo mais perto de finalmente perceber como funciona em conjunto.”
O problema da gravidade quântica talvez possa ser melhor descrito como intratável, pelo menos até agora. Tem a ver com nossas estruturas para explicar o Universo.
A física clássica – isto é, a gravidade – explica como as coisas funcionam na maioria das escalas. Porém, quando você fica bem pequenininho, nas escalas atômica e subatômica, a gravidade simplesmente não funciona para explicar o que vemos.
Para isso, os físicos usam a mecânica quântica, e isso é ótimo. Mas, assim como a física clássica não pode ser aplicada às escalas quânticas, a mecânica quântica não funciona para escalas clássicas. E ainda assim, de alguma forma, o Universo funciona. Isto leva os cientistas a acreditar que ainda não foi encontrada uma solução entre as duas estruturas.
Uma forma potencial de interrogar o problema é sondar a gravidade em escalas muito, muito pequenas. Isso, no entanto, é mais difícil do que pode parecer: a gravidade está em todo o Universo, e extrair um sinal em escala quântica no ambiente da gravidade da Terra não é tarefa fácil.
Para contornar esse dilema, Fuchs e sua equipe usaram algo chamado armadilha magnética supercondutora. Uma pequena armadilha feita de tântalo é resfriada a uma temperatura crítica de 4,48 Kelvin (-268,67 Celsius, ou -451,6 Fahrenheit).
Na câmara, a partícula levita. Isso consiste em três esferas magnéticas de neodímio de 0,25 milímetros e uma esfera de vidro de 0,25 milímetros unidas para criar uma partícula com cerca de 0,43 gramas de massa.
O aparelho é suspenso por molas em um sistema de molas em massa para proteger o experimento de vibrações externas, e o criostato é colocado em amortecedores pneumáticos para limitar as vibrações do artefato.
Finalmente, uma roda acionada eletricamente com um conjunto de três massas de latão de 2,45 quilogramas é posicionada para criar um gradiente de gravidade. Isto produz um efeito mensurável na partícula – uma força gravitacional de apenas 30 attonewtons.
É a menor escala na qual os físicos mediram a gravidade, batendo o recorde estabelecido há apenas três anos com duas esferas de ouro de 90 miligramas.
E isso, dizem os pesquisadores, é apenas um primeiro passo. Agora que demonstraram a eficácia da sua experiência, pretendem levá-la muito mais longe.
“A partir daqui começaremos a reduzir a fonte usando esta técnica até chegarmos ao mundo quântico em ambos os lados”, diz Fuchs. “Ao compreender a gravidade quântica, poderíamos resolver alguns dos mistérios do nosso universo – como como ele começou, o que acontece dentro dos buracos negros ou a união de todas as forças em uma grande teoria.”
Sempre haverá mais a fazer – mas agora parece que as respostas estão a apenas um salto quântico de distância.
A pesquisa da equipe foi publicada na Science Advances.
Traduzido do ScienceAlert
