Uma equipa do Stevens Institute of Technology, nos Estados Unidos, apresentou o primeiro experimento concebido especificamente para identificar grávitons, as partículas hipotéticas que, segundo a física quântica, mediam a força da gravidade. A proposta reúne avanços recentes em deteção de ondas gravitacionais e no controlo de sistemas quânticos macroscópicos, apontando para uma solução prática num tema que, até agora, era visto como inalcançável.
Desafio histórico da física
A relatividade geral, formulada por Albert Einstein, descreve a gravidade como curvatura do espaço-tempo, enquanto a mecânica quântica explica as restantes forças através de partículas discretas. A falta de compatibilidade entre ambas é um dos principais problemas da ciência contemporânea. Um caminho para a unificação propõe que a gravidade também seja quantizada, conceito que implica a existência do gráviton.
Apesar de teoricamente necessário, o gráviton sempre foi considerado impossível de detectar, porque interage muito pouco com a matéria. Essa perceção começou a mudar após 2015, quando os observatórios LIGO e Virgo confirmaram ondas gravitacionais geradas por fusões de buracos negros e estrelas de neutrões. Se a gravidade for quântica, essas ondas seriam coleções macroscópicas de grávitons.
Combinação de duas tecnologias
O professor Igor Pikovski, líder do estudo, argumenta que a tecnologia quântica atual já permite testar o fenómeno. O raciocínio baseia-se em dois avanços paralelos. Primeiro, a capacidade de detetar ondas gravitacionais, que provam a existência de perturbações mensuráveis no espaço-tempo. Segundo, o domínio de técnicas que colocam objetos relativamente grandes em estados quânticos controlados, tradicionalmente limitados ao campo atómico.
Combinando ambos, Pikovski sugere que uma onda gravitacional pode transferir exatamente um quantum de energia – um gráviton – para um sistema suficientemente massivo e refrigerado. A troca energética é ínfima, mas, se o detetor for sensível o bastante, torna-se registável.
Ressonador de hélio superfluido
O protótipo proposto consiste num ressonador cilíndrico submerso em hélio superfluido, mantido a temperaturas próximas do zero absoluto para atingir o estado quântico fundamental. Quando um gráviton é absorvido, a energia converte-se num fônon, que representa uma vibração quantizada no interior do ressonador. Lasers de alta precisão monitoram o aparelho para identificar esse fônon individual.
A equipa do professor Jack Harris, colaborador do projeto, já operou dispositivos semelhantes na escala de nanogramas. O desafio atual é aumentar a massa para a ordem de gramas sem perder sensibilidade. A meta final aponta para detetores na faixa do quilograma, nível considerado indispensável para captar grávitons provenientes de fontes astrofísicas.
Imagem: Tecnologia & Inovação
Próximos passos e impacto potencial
O plano imediato envolve reconstruir o sistema existente num novo patamar de escala e estabilidade térmica. Caso a fase de gramas demonstre capacidade de registar fônons isolados, os cientistas avançarão para versões progressivamente maiores até alcançar o limiar teórico de deteção direta.
Se comprovado, o método abrirá uma via experimental para estudar a gravidade quântica em laboratório, campo que, até hoje, depende quase exclusivamente de inferências teóricas. A confirmação de grávitons validaria modelos que conciliam relatividade e mecânica quântica e poderia orientar pesquisas sobre buracos negros, expansão do Universo e energia escura.
Mesmo que os primeiros protótipos não alcancem a sensibilidade necessária, os investigadores consideram que a engenharia deste ressonador ampliará os limites do controlo quântico de sistemas macroscópicos. Essa evolução beneficiará outras áreas, como metrologia de alta precisão e computação quântica.
O trabalho de Pikovski e colegas sugere, portanto, que a deteção de grávitons já não é apenas uma curiosidade teórica, mas um objetivo tecnológico plausível à luz dos recursos disponíveis. A confirmação experimental permanece no horizonte, mas o caminho para chegar lá acaba de ganhar o seu primeiro instrumento dedicado.
