Atualizado 19 de maio de 2025 por Sergio A. Loiola
Hansol Noh e colegas das Universidades de Seul e Nacional de Seul, na Coreia, e Flórida, nos EUA, sugerem que a polarização da luz em espaço curvado pela gravidade pode conectar a gravidade a mecânica quântica.
A forte hipotese surgiu após a equipe descobrir que a polarização da luz, a direção em que ela vibra enquanto viaja, pode se comportar de maneira inesperada quando ela passar por um espaço curvado pela gravidade, como o que é dobrado por um objeto de grande massa.
A pesquisa foi publicada na Revista Nature Scientific Reports
Normalmente, a polarização da luz muda ligeiramente devido à deformação do espaço pela gravidade, um efeito bem conhecido.
Mas a equipe descobriu algo mais profundo: Ao escolher cuidadosamente como a luz é medida, é possível desencadear um efeito estranho chamado não reciprocidade.
[Imagem: Gerado por IA/DALL-E]
“Não reciprocidade significa que a luz se comporta de maneira diferente quando se move para frente, em comparação com quando retrocede,” explicou o professor Warner Miller, membro da equipe.
“Em outras palavras, ela não ‘desfaz’ sua torção, mesmo que refaça seu caminho. Isso desafia a crença convencional de que a luz sempre retorna ao seu estado original após percorrer um circuito fechado, especialmente se seu caminho for influenciado apenas pela gravidade.”
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O importante é que esse efeito pode ter profundas conexões com a física quântica. Acontece que a chave para o efeito de Não Reciprocidade está no eixo de quantização, essencialmente, o ângulo em que um polarizador mede a luz.
, o vetor de onda correspondente nas bases de coordenadas de Boyer-Lindquist, impulsos locais e rotações deve ser transformado conforme mostrado em ( C) . Quando fótons são enviados com o componente de vetor de onda azimutal oposto (representado pela seta azul em B ), a transformação correspondente dos símbolos de Christoffel da métrica de Schwarzschild esfericamente simétrica é dada em ( D) , onde é 0, 1 e 2. A imagem original da Terra usada na Fig. 3 foi obtida de Yeongkwang Kim 47 .ei^ei^α^. Imagem do artigo
Ajustando esse eixo, os pesquisadores conseguiram aumentar significativamente o efeito de Não Reciprocidade.
De fato, a mudança no ângulo de polarização da luz, conhecida como ângulo de rotação de Wigner, pode se tornar até 10 vezes maior do que a causada apenas pela força gravitacional, mesmo em ambientes extremos, como perto de um buraco negro.
“Nós descobrimos uma maneira de amplificar os pequenos efeitos que a gravidade tem na polarização da luz, ajustando o sistema de forma inteligente,” comemorou Miller. “Isso nos dá uma nova ferramenta poderosa para investigar como a gravidade e a mecânica quântica podem estar conectadas.”
Para isso, a equipe propõe a construção de um interferômetro astronômico, um instrumento altamente sensível composto por satélites que operam no espaço.
Esses satélites seriam equipados com polarizadores especialmente orientados, projetados para detectar as mudanças de polarização amplificadas.
Os pesquisadores também sugerem dois projetos específicos:
Um combina uma configuração de Hong-Ou-Mandel com um interferômetro de Mach-Zehnder, conhecido por sua precisão e capacidade de filtrar ruídos.
O segundo projeto utiliza uma fonte de luz altamente controlada para comparar previsões quânticas com expectativas clássicas.
Esses experimentos poderão verificar se esse novo comportamento Não Recíproco realmente revela como as propriedades quânticas da luz, como spin e polarização, interagem com os campos gravitacionais clássicos.
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D ) . No receptor, a polarização e a fase são novamente medidas no quadro padrão. Embora ambas as WRAs para os casos equatorial e polar dependam dos fatores de impacto das trajetórias dos fótons, o caso de observadores em órbitas equatoriais próximas à Terra não apresenta diferença perceptível devido à gravidade fraca. Para os casos de satélites terrestres em órbitas polares e observadores no plano equatorial do buraco negro M87 *, as WRAs são plotadas como em ( F ) e ( G ), respectivamente. A imagem original da Terra usada em A foi obtida de Yeongkwang Kim. Imagem do artigo
Embora esses propostos experimentos sejam projetados para o espaço, a equipe também acredita que alguns dos efeitos poderiam ser testados em laboratórios em terra, usando espelhos e polarizadores para simular as condições necessárias.
Se comprovadas, essas mudanças não recíprocas na polarização da luz podem se tornar uma ferramenta poderosa, não apenas para elucidar a misteriosa conexão entre a gravidade e a mecânica quântica, mas para explorar o Universo, ajudando a sondar a estrutura do espaço, a natureza da luz e mais.
De fato, o efeito previsto pela equipe pode surgir de qualquer tipo de rotação de polarização, e não apenas daquelas eventualmente causadas pela gravidade.
Isso abre caminho para testes de uma Nova Física, uma física além do Modelo Padrão, que hoje explica as partículas e forças conhecidas, isso inclui possíveis violações do Princípio da Equivalência de Einstein ou pistas sobre a gravidade quântica.
“Isso é mais do que apenas um novo experimento – é uma nova maneira de fazer as perguntas mais profundas da física,” disse Miller.
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É Livre a reprodução de matérias mediante a citação do título do texto com link apontando para este texto. Crédito do site Nature & Space
LUZ TORCIDA PODE CONECTAR GRAVIDADE A MECÂNICA QUÂNTICA
Bibliografia
Artigo: Non-reciprocity in photon polarization based on direction of polarizer under gravitational fields
Autores: Hansol Noh, Paul M. Alsing, Warner A. Miller, Doyeol Ahn
Revista: Nature Scientific Reports
Vol.: 14, Article number: 20801
DOI: 10.1038/s41598-024-71203-x
Inovação Tecnológica
Luz pode esclarecer conexão entre mecânica quântica e relatividade
