Limites mais rigorosos na gravidade quântica definida – Chave para a ‘Teoria de Tudo’

Um novo artigo científico estabelece os limites mais rígidos até agora para a gravidade quântica, que é considerada a chave para criar uma “teoria de tudo” – um modelo universal do universo que abrange tanto a física quântica quanto a mecânica clássica. A pesquisa é baseada no estudo das propriedades dos neutrinos usando o detector subaquático KM3NeT no Mar Mediterrâneo. As conclusões tiradas das leituras dos sensores indicaram novas direções para a busca.

Visualização do experimento. Fonte da imagem: KM3NeT

O Telescópio de Neutrinos KM3NeT é um grande observatório subaquático projetado para detectar neutrinos por meio de suas interações com a água. É composto por dois detectores. O experimento para procurar sinais de gravidade quântica usou o detector ORCA, localizado a uma profundidade de cerca de 2.450 metros na costa de Toulon, França.

A gravidade quântica é o elo perdido entre a relatividade geral e a mecânica quântica. Por enquanto, continua sendo apenas uma hipótese, uma chave potencial para uma teoria unificada capaz de explicar tanto o infinitamente grande quanto o infinitamente pequeno. A solução para esse quebra-cabeça pode estar no humilde neutrino, uma partícula elementar que não tem carga elétrica e é quase invisível porque raramente interage com a matéria, passando sem obstáculos por tudo em nosso planeta.

É por isso que os neutrinos são tão difíceis de detectar. Entretanto, em casos raros, uma partícula pode interagir, por exemplo, com moléculas de água no fundo do mar. Nesse caso, ocorre a chamada radiação Cherenkov — um brilho fraco que pode ser registrado por fotodetectores. A espessura da água filtra a maioria das partículas elementares de origem terrestre e cósmica, enquanto os neutrinos penetram nas profundezas sem obstáculos.

Sabe-se que durante a viagem, os neutrinos oscilam — eles mudam sua massa. Entretanto, sua massa total permanece inalterada, estando em um estado de superposição quântica. Esta é uma propriedade fundamental dos neutrinos, que também pode ser descrita pelo conceito de coerência. Se a gravidade quântica existe (e alguns modelos a prevêem), então, em alguns casos, ela pode perturbar a coerência dos neutrinos. Foi esse efeito – decoerência – que os detectores KM3NeT estavam tentando registrar.

Entretanto, o estudo não encontrou anormalidades nas oscilações de neutrinos. Eles agiram como se a gravidade quântica não existisse. Mas mesmo esse resultado é importante porque impõe novas e mais rigorosas restrições até o momento aos modelos de gravidade quântica.

«Isso, explicam os cientistas, significa que se a gravidade quântica realmente influencia as oscilações dos neutrinos, então a intensidade dessa influência está abaixo dos limites da sensibilidade atual.” O estudo estabeleceu um limite superior para a força desse efeito, que agora é mais estreito do que aquele determinado por experimentos anteriores com neutrinos atmosféricos. Também aponta direções para pesquisas futuras.

«Detectar a decoerência dos neutrinos seria um grande avanço, explicam os pesquisadores. — Até agora, nenhuma evidência direta da existência da gravidade quântica foi encontrada, então experimentos com neutrinos estão atraindo cada vez mais atenção. O interesse neste tópico está crescendo. Pessoas que estudam a gravidade quântica estão muito interessadas nisso porque a decoerência provavelmente não pode ser explicada por nenhum outro fator.”