A gravidade é um fenômeno quântico? Essa tem sido uma das grandes questões pendentes da física por décadas. Junto com colegas do Reino Unido, Anupam Mazumdar, um físico da Universidade de Groningen, propôs um experimento que poderia resolver o problema. Contudo, requer o estudo de dois grandes sistemas quânticos emaranhados em queda livre. Em um novo jornal, que tem um aluno de bacharelado do terceiro ano como o primeiro autor, Mazumdar apresenta uma maneira de reduzir o ruído de fundo para tornar este experimento mais gerenciável.

Três das quatro forças fundamentais da física podem ser descritas em termos da teoria quântica. Este não é o caso da quarta força (gravidade), que é descrito pela teoria da relatividade geral de Einstein. O experimento que Mazumdar e seus colegas projetaram anteriormente pode provar ou refutar a natureza quântica da gravidade.

Sobreposição

Uma consequência bem conhecida da teoria quântica é o fenômeno denominado superposição quântica:em certas situações, estados quânticos podem ter dois valores diferentes ao mesmo tempo. Pegue um elétron que é irradiado com luz laser. A teoria quântica diz que ele pode absorver ou não a energia do fóton da luz. Absorver a energia alteraria o spin do elétron, um momento magnético que pode ser para cima ou para baixo. O resultado da superposição quântica é que o spin é tanto para cima quanto para baixo.

Esses efeitos quânticos ocorrem em objetos minúsculos, como elétrons. Alvejando um elétron em um diamante em miniatura especialmente construído, é possível criar superposição em um objeto muito maior. O diamante é pequeno o suficiente para sustentar essa superposição, mas também grande o suficiente para sentir a força da gravidade. Esta característica é o que o experimento explora:colocar dois desses diamantes próximos um do outro em queda livre e, Portanto, cancelando a gravidade externa. Isso significa que eles interagem apenas por meio da gravidade entre eles.

Desafiante

E é aí que entra outro fenômeno quântico. Emaranhamento quântico significa que quando duas ou mais partículas são geradas nas proximidades, seus estados quânticos estão ligados. No caso dos diamantes, se um está girando, o outro, diamante emaranhado deve ser girado para baixo. Então, o experimento é projetado para determinar se o emaranhamento quântico ocorre no par durante a queda livre, quando a força da gravidade entre os diamantes é a única maneira que eles interagem.

"Contudo, este experimento é muito desafiador, "explica Mazumdar. Quando dois objetos estão muito próximos, outro possível mecanismo de interação está presente, o efeito Casimir. No vácuo, dois objetos podem se atrair por meio desse efeito. "O tamanho do efeito é relativamente grande e para superar o ruído que ele cria, teríamos que usar diamantes relativamente grandes. "Ficou claro desde o início que esse ruído deveria ser reduzido para tornar o experimento mais gerenciável. Portanto, Mazumdar queria saber se a proteção para o efeito Casimir era possível.

Confinamento

Ele entregou o problema a Thomas van de Kamp, estudante do terceiro ano de bacharelado em física. "Ele veio até mim porque estava interessado em gravidade quântica e queria fazer um projeto de pesquisa para sua tese de bacharelado, "diz Mazumdar. Durante o bloqueio da primavera, quando a maioria das aulas normais foram suspensas, Van de Kamp começou a trabalhar no problema. "Dentro de um tempo extremamente curto, ele apresentou sua solução, que é descrito em nosso artigo. "

Esta solução é baseada na colocação de uma placa condutora de cobre, cerca de um milímetro de espessura, entre os dois diamantes. A placa protege o potencial Casimir entre eles. Sem o prato, esse potencial aproximaria os diamantes. Mas com o prato, os diamantes não são mais atraídos um pelo outro, mas para o prato entre eles. Mazumdar:"Isso remove a interação entre os diamantes por meio do efeito Casimir, e, portanto, remove muito ruído do experimento. "

Extraordinário

Os cálculos realizados por Van de Kamp mostram que as massas dos dois diamantes podem ser reduzidas em duas ordens de magnitude. "Pode parecer um pequeno passo, mas torna o experimento menos exigente. "Além disso, outros parâmetros, como o nível de vácuo necessário durante o experimento, também se tornam menos exigentes devido à blindagem do efeito Casimir. Mazumdar diz que uma nova atualização do experimento, que também inclui uma contribuição do estudante de bacharelado Thomas van de Kamp, provavelmente aparecerá em um futuro próximo. "Então, seu projeto de seis meses lhe rendeu a coautoria em dois artigos, um feito notável. "