Hidrogênio revela limites de teoria de buracos de minhoca

Um novo estudo publicado na Physical Review Letters impôs restrições contundentes à conjectura ER = EPR, a hipótese que propõe uma conexão profunda entre o emaranhamento quântico e os buracos de minhoca previstos pela relatividade geral. A pesquisa, liderada pelo estudante de doutorado Irfan Javed e pelo professor Edward Wilson-Ewing, da Universidade de New Brunswick, no Canadá, utilizou o átomo de hidrogênio como um laboratório de precisão para testar os limites dessa ideia que fascina os físicos teóricos.

A conjectura ER = EPR foi proposta em 2013 por Juan Maldacena e Leonard Susskind, unificando duas ideias que Albert Einstein publicou em 1935: o paradoxo EPR sobre o emaranhamento de partículas e as pontes de Einstein-Rosen, que hoje conhecemos como buracos de minhoca. A hipótese sugere que partículas emaranhadas estão conectadas por minúsculos túneis no espaço-tempo, oferecendo uma possível pista sobre a tão buscada teoria da gravidade quântica.

O átomo de hidrogênio, composto por um único próton e um elétron, revelou-se o sistema ideal para colocar a conjectura à prova. Sua estrutura hiperfina — as minúsculas alterações de energia causadas pela interação magnética entre os spins do próton e do elétron — é conhecida com uma precisão de até 12 casas decimais, tornando qualquer desvio teórico potencialmente detectável. O fato de o próton e o elétron estarem intrinsecamente emaranhados por estarem ligados eletricamente transforma cada átomo de hidrogênio em uma sonda natural da relação entre emaranhamento e conectividade espacial.

Os pesquisadores partiram de duas hipóteses fundamentais: a fração do campo elétrico do elétron que escaparia para o buraco de minhoca seria proporcional à entropia de emaranhamento entre as partículas, e esse efeito afetaria apenas partículas pontuais, como o elétron, mas não objetos compostos como o próton, cujo tamanho é muito maior que a escala da gravidade quântica. Sob essas condições, o elétron teria sua carga efetiva suprimida aos olhos de um observador externo, como se parte de seu campo elétrico fosse drenada para dentro do túnel espacial — uma analogia proposta por Wilson-Ewing compara o fenômeno a um fluido que escapa por um ralo.

Como os diferentes estados de spin do hidrogênio não são igualmente emaranhados — o estado singleto é maximamente emaranhado, enquanto os estados tripletos não apresentam emaranhamento —, qualquer efeito da conjectura apareceria como uma diferença mensurável de energia entre essas configurações. A equipe identificou duas assinaturas observáveis que o ER = EPR produziria: uma alteração na separação hiperfina entre os estados emaranhados e não emaranhados, e o surgimento de uma minúscula carga líquida no átomo, apesar de sua neutralidade elétrica já ter sido confirmada com precisão de 20 casas decimais.

Nenhum dos dois efeitos foi observado, conforme relatado pelo portal Phys.org ao divulgar a pesquisa. As restrições impostas são severas: qualquer manifestação da conjectura teria de ser pelo menos um milhão de vezes mais fraca que as estimativas naturais baseadas apenas na estrutura hiperfina, e um bilhão de vezes menor ainda quando se considera a medição de neutralidade elétrica do átomo.

“As restrições observacionais são muito fortes”, afirmou Javed, destacando que a limitação atual é teórica, uma vez que a conjectura ER = EPR ainda não foi formulada com precisão matemática suficiente para prever a intensidade exata do efeito. A pesquisa abre caminho para investigações futuras com átomos mais pesados, como césio, rubídio e pot