A teoria da gravidade de Einstein admite uma descrição quântica efetiva em baixas energias, com predições que vão além da relatividade geral, uma teoria clássica. Conforme avançamos na era da astronomia de ondas gravitacionais, uma pergunta importante é se poderemos detectar efeitos não-clássicos associados a campos gravitacionais dinâmicos, provenientes da descrição quântica efetiva. Tais efeitos seriam análogos aos fenômenos quânticos em óptica que não podem ser descritos pela eletrodinâmica clássica. Desenvolveremos um programa de pesquisa para buscar tais efeitos experimentalmente, começando desde experimentos de prova de princípio em optomecânica e óptica quântica até propostas para futuras modificações de detectores de ondas gravitacionais.

Sabemos por observações astronômicas que nossa melhor teoria sobre a natureza, o modelo padrão de física de partículas, está incompleta. A matéria escura, necessária para explicar estruturas em larga escala no universo, indica a possível existência de novos fenômenos físicos virtualmente mensuráveis em experimentos de pequeno porte. Neste trabalho, vamos descrever um experimento na PUC-Rio voltado para a busca de potenciais novas interações relacionadas à matéria escura que possam se manifestar em escalas micrométricas. O experimento consiste em um sensor de forças e deslocamentos que explora princípios de mecânica quântica. O desenvolvimento da tecnologia envolvida não só permite procurar por novos fenômenos físicos, mas abre uma avenida de pesquisa inteiramente nova no Brasil, a opto-mecânica quântica, com diversas aplicações em metrologia, informação quântica e ciência de materiais.