Luz pode esclarecer conexão entre mecânica quântica e relatividade

Espa?o

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/05/2025

Gravidade qu?ntica

Tem havido um grande esfor?o na comunidade cient?fica para unir duas das teorias de maior sucesso da atualidade, a relatividade e a mec?nica qu?ntica.

O objetivo ? descobrir como a gravidade, que governa objetos massivos como planetas e estrelas, se encaixa com a mec?nica qu?ntica, que governa o comportamento das menores part?culas do Universo. Para isso, o foco est? centrado na busca de uma teoria qu?ntica da gravidade.

E justamente a luz pode ser o elemento que faltava para lan?ar alguma luz nessa que ? uma das mais importantes tarefas n?o resolvidas da ci?ncia moderna.

Hansol Noh e colegas das universidades de Seul e Nacional de Seul, na Coreia, e Fl?rida, nos EUA, descobriram que a polariza??o da luz - a dire??o em que ela vibra enquanto viaja - pode se comportar de maneira inesperada quando ela passar por um espa?o curvo, como o que ? dobrado por um objeto de grande massa.

Normalmente, a polariza??o da luz muda ligeiramente devido ? deforma??o do espa?o pela gravidade, um efeito bem conhecido. Mas a equipe descobriu algo mais profundo: Ao escolher cuidadosamente como a luz ? medida, ? poss?vel desencadear um efeito estranho chamado n?o reciprocidade.

"N?o reciprocidade significa que a luz se comporta de maneira diferente quando se move para frente, em compara??o com quando retrocede," explicou o professor Warner Miller, membro da equipe. "Em outras palavras, ela n?o 'desfaz' sua tor??o, mesmo que refa?a seu caminho. Isso desafia a cren?a convencional de que a luz sempre retorna ao seu estado original ap?s percorrer um circuito fechado, especialmente se seu caminho for influenciado apenas pela gravidade."

Interfer?metro astron?mico

O importante ? que esse efeito pode ter profundas conex?es com a f?sica qu?ntica. Acontece que a chave para o efeito de n?o reciprocidade est? no eixo de quantiza??o - essencialmente, o ?ngulo em que um polarizador mede a luz. Ajustando esse eixo, os pesquisadores conseguiram aumentar significativamente o efeito.

De fato, a mudan?a no ?ngulo de polariza??o da luz - conhecida como ?ngulo de rota??o de Wigner - pode se tornar at? 10 vezes maior do que a causada apenas pela for?a gravitacional, mesmo em ambientes extremos, como perto de um buraco negro.

"N?s descobrimos uma maneira de amplificar os pequenos efeitos que a gravidade tem na polariza??o da luz, ajustando o sistema de forma inteligente," comemorou Miller. "Isso nos d? uma nova ferramenta poderosa para investigar como a gravidade e a mec?nica qu?ntica podem estar conectadas."

Para isso, a equipe prop?e a constru??o de um interfer?metro astron?mico, um instrumento altamente sens?vel composto por sat?lites que operam no espa?o. Esses sat?lites seriam equipados com polarizadores especialmente orientados, projetados para detectar as mudan?as de polariza??o amplificadas.

Os pesquisadores tamb?m sugerem dois projetos espec?ficos. Um combina uma configura??o de Hong-Ou-Mandel com um interfer?metro de Mach-Zehnder, conhecido por sua precis?o e capacidade de filtrar ru?dos. O segundo projeto utiliza uma fonte de luz altamente controlada para comparar previs?es qu?nticas com expectativas cl?ssicas. Esses experimentos poder?o verificar se esse novo comportamento n?o rec?proco realmente revela como as propriedades qu?nticas da luz - como spin e polariza??o - interagem com os campos gravitacionais cl?ssicos.

Nova F?sica

Embora esses propostos experimentos sejam projetados para o espa?o, a equipe tamb?m acredita que alguns dos efeitos poderiam ser testados em laborat?rios em terra, usando espelhos e polarizadores para simular as condi??es necess?rias.

Se comprovadas, essas mudan?as n?o rec?procas na polariza??o da luz podem se tornar uma ferramenta poderosa, n?o apenas para elucidar a misteriosa conex?o entre a gravidade e a mec?nica qu?ntica, mas para explorar o Universo, ajudando a sondar a estrutura do espa?o, a natureza da luz e mais.

De fato, o efeito previsto pela equipe pode surgir de qualquer tipo de rota??o de polariza??o, e n?o apenas daquelas eventualmente causadas pela gravidade. Isso abre caminho para testes de uma Nova F?sica, uma f?sica al?m do Modelo Padr?o, que hoje explica as part?culas e for?as conhecidas - isso inclui poss?veis viola??es do Princ?pio da Equival?ncia de Einstein ou pistas sobre a gravidade qu?ntica.

"Isso ? mais do que apenas um novo experimento - ? uma nova maneira de fazer as perguntas mais profundas da f?sica," disse Miller.

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