A equipe liderada pelo físico Ron Folman, da Universidade Ben-Gurion do Negev, formada por pesquisadores da Alemanha, do Reino Unido e dos EUA e que também contou com a participação do ganhador do Nobel Roger Penrose, colocou um único átomo em uma superposição de duas trajetórias diferentes para estudar a interseção entre a mecânica quântica e a relatividade. No dispositivo chamado Quantum Galileo Interferometer (QGI), enquanto o átomo em uma das trajetórias estava em queda livre, o átomo na outra trajetória era mantido imóvel. As duas trajetórias foram reunidas simultaneamente e no mesmo ponto, permitindo medir a diferença de fase produzida pela queda na propriedade ondulatória do átomo.
A natureza ondulatória dos átomos só pode ser observada em temperaturas próximas do zero absoluto e em velocidades muito baixas. Como a fase não pode ser medida sozinha, é necessário separar uma única partícula em duas trajetórias e depois reuni-las. No experimento de queda livre, porém, a aceleração do átomo em queda poderia destruir a interferência quântica, pois forneceria informações sobre a trajetória seguida. A equipe resolveu esse problema lançando um dos átomos para cima e fazendo com que ele retornasse ao ponto de partida pela ação da gravidade, enquanto mantinha o outro suspenso no ar por meio de uma força magnética. Quando o átomo em queda retornava, um segundo pulso magnético anulava sua velocidade no instante em que ele chegava ao ponto de partida.
O QGI utiliza pulsos de micro-ondas e magnéticos; aproximadamente 20.000 átomos de rubídio são organizados em um condensado de Bose-Einstein, mantido por campos gerados por fios microscópicos em um chip. O chip fica de cabeça para baixo, aproximadamente 113 micrômetros acima dos átomos. A maior distância entre as trajetórias chegou a aproximadamente 7,5 micrômetros, e o maior tempo de voo alcançou dois milésimos de segundo. Observou-se que a fase aumentava à medida que a queda se prolongava, e os dados mostraram a diferença de fase prevista pela teoria.
Os pesquisadores afirmaram que o resultado demonstrou, pela primeira vez, que o princípio da equivalência opera em um sistema em superposição quântica. A fase medida apresentou um desvio de 2,5% em relação à previsão teórica. A equipe declarou que o experimento constitui um ponto de controle para testar a fronteira entre a relatividade de Einstein e a mecânica quântica.
O laboratório de Folman agora trabalha em um QGI maior, capaz de colocar nanodiamantes 10 ordens de magnitude mais pesados que os átomos em superposição. O objetivo é testar a superposição de diferentes curvaturas do espaço-tempo e observar o colapso quântico previsto na hipótese de Penrose e Lajos Diósi. A equipe espera que isso seja possível dentro de quatro ou cinco anos. O estudo foi publicado na Science Advances em 2026; DOI: 10.1126/sciadv.aec8045.
Por que é importante
Este estudo oferece uma base experimental que mostra que o princípio da equivalência não se limita ao movimento de objetos clássicos, podendo também ser testado para um único sistema em superposição quântica. Por isso, o resultado constitui um ponto de controle que pode ser usado para avaliar a compatibilidade entre as duas teorias em pesquisas que analisam conjuntamente a mecânica quântica e a relatividade. O desvio de 2,5% da medição em relação à previsão teórica coloca em pauta a repetição do teste do método em sistemas maiores. Especialmente para os pesquisadores que trabalham na interseção entre física quântica, gravidade e física fundamental, a questão em aberto é saber se esse princípio também será preservado na superposição de nanodiamantes muito mais pesados que os átomos e como ele se comportará junto a diferentes curvaturas do espaço-tempo.