Redação do Site Inovação
Tecnológica - 15/09/2022
Dois objetos cairão com a mesma taxa
no vácuo? Galileu foi o primeiro a testar esse princípio
de equivalência e foi seguido por muitos outros, incluindo
os astronautas da Apolo. Agora, o princípio foi confirmado
com uma precisão recorde. - [Imagem: APS/Carin Cain]
Princípio de Equivalência Fraco
Você certamente conhece o experimento clássico: Uma
pena e uma esfera metálica caindo ao mesmo tempo em um ambiente
de vácuo, mostrando que a gravidade atua igualmente sobre
qualquer tipo de corpo.
Repetido à exaustão desde Galileu, passando por Newton,
esse assim chamado "princípio da equivalência"
acabou se tornando um dos pilares da relatividade de Einstein. Apesar
de suas inúmeras formulações, a partir da formulação
da relatividade essa versão mais comum passou a ser conhecida
como princípio de equivalência fraco.
Agora, usando um satélite chamado Microscópio, uma
equipe internacional de físicos obteve a medição
mais precisa já feita desse princípio, algo essencial
para tentar descobrir alguma conexão entre a relatividade
e a mecânica quântica.
A teoria da relatividade geral, publicada por Albert Einstein em
1915, descreve como a gravidade funciona e como ela se relaciona
com o tempo e o espaço. Mas, por não levar em conta
as observações de fenômenos quânticos,
os físicos procuram desvios da teoria em níveis crescentes
de precisão e em várias situações, já
que tais violações poderiam sugerir novas interações
ou forças que poderiam unir a relatividade com a física
quântica, que permanecem incompatíveis.
E uma das maneiras de procurar possíveis expansões
para a relatividade geral consiste em testar o princípio
de equivalência fraco, também conhecido como "universalidade
da queda livre" ou "princípio da equivalência
de Galileu".
De acordo com o princípio de equivalência fraco, objetos
em um campo gravitacional caem da mesma maneira quando nenhuma outra
força está agindo sobre eles, mesmo que tenham massas
ou composições diferentes.
Uma das consequências desse princípio é a universalidade
da queda livre no vácuo: Uma pena e um martelo caem com a
mesma velocidade em um campo de gravidade uniforme - há,
portanto, uma equivalência entre a massa gravitacional e massa
inercial.
Instrumento usado para medir se as massas influiriam
na ação da gravidade. - [Imagem: ONERA]
Nenhuma violação
Para testar o princípio com uma precisão inédita
de uma unidade em 1015, a equipe do satélite Microscópio
projetou seu experimento para medir o coeficiente de Eotvos, que
relaciona as acelerações de dois objetos em queda
livre.
Se a aceleração de um objeto diferisse da do outro
em mais de uma parte em 1015, o experimento detectaria e mediria
essa violação.
Mas nada foi encontrado, descartando quaisquer violações
do princípio da equivalência fraco ou desvios do entendimento
atual da relatividade geral até esse nível de precisão.
"Nós temos agora restrições novas e muito
melhores para qualquer teoria futura, porque essas teorias não
devem violar o princípio de equivalência neste nível,"
diz Gilles Métris, do Observatório Cote d'Azur e membro
da equipe Microscópio.
Melhorias do experimento
Para medir o coeficiente de Eotvos, ou número de Eotvos
[Loránd Eotvos (1848-1919)], os pesquisadores monitoraram
as acelerações de massas de ligas de platina e titânio
enquanto elas orbitavam a Terra a bordo do satélite.
O instrumento utilizou forças eletrostáticas para
manter pares das massas de teste na mesma posição
uma em relação à outra, e procurou diferenças
de potencial nessas forças, o que indicaria diferenças
nas acelerações dos objetos.
Um grande desafio do experimento foi encontrar maneiras de avaliar
se o instrumento funcionaria no espaço conforme projetado.
"A dificuldade é que o instrumento que lançamos
não pode operar no solo," disse Manuel Rodrigues, integrante
da equipe. "Então é uma espécie de teste
cego."
O satélite foi lançado em 2016, dando alguns resultados
preliminares no ano seguinte, mas continuou a coletar dados até
2018. Desde então a equipe vem analisando os dados, contabilizando
falhas e incertezas sistemáticas. Agora eles finalmente concluíram
que seu instrumento não apontou qualquer violação
do princípio da equivalência fraco, definindo as restrições
mais rigorosas sobre o princípio até agora.
A equipe também aprendeu com os defeitos do próprio
experimento, sugerindo que futuras missões poderão
evitar rachaduras no revestimento do satélite, que afetam
as medições de aceleração, e substituir
os fios por dispositivos sem contato. Com essas atualizações,
eles acreditam ser possível construir um satélite
que eleve a precisão das medições do princípio
para 1017, o que é considerado pouco para justificar outra
missão.
"Por pelo menos uma década ou talvez duas, não
vemos nenhuma melhoria com um experimento de satélite espacial,"
disse Rodrigues.
O satélite orbitou a Terra a 710 km
de altitude. - [Imagem: CNES 2015]
Bibliografia:
Artigo: MICROSCOPE mission: final results of the
test of the Equivalence Principle
Autores: Pierre Touboul et al.
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 129, 121102
DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.121102
Artigo: MICROSCOPE's constraint on a short-range
fifth force
Autores: Joel Bergé, Martin Pernot-Borràs, Jean-Philippe
Uzan, Philippe Brax, Ratana Chhun, Gilles Métris, Manuel
Rodrigues, Pierre Touboul
Revista: Classical and Quantum Gravity
Vol.: 39 204010
DOI: 10.1088/1361-6382/abe142
