Um princípio fundamental da relatividade geral acaba de passar no teste mais rigoroso até agora: WebCuriosos
Um princípio fundamental da teoria geral da relatividade de Einstein acaba de passar no teste mais rigoroso até agora.
Usando um satélite especialmente projetado, uma equipe internacional de cientistas mediu as acelerações de pares de objetos em queda livre na órbita da Terra. Os resultados baseados em dados de cinco meses indicaram que as acelerações não diferiram em mais de uma parte em 1015descartando quaisquer violações do princípio da equivalência fraca até essa escala.
O princípio de equivalência fraca é relativamente simples de observar, afirmando que todos os objetos aceleram de forma idêntica no mesmo campo gravitacional quando nenhuma outra influência atua sobre eles, independentemente de sua massa ou composição.
Talvez o efeito mais famoso tenha sido demonstrado em 1971, quando o astronauta Dave Scott deixou cair um martelo e uma pena. simultaneamente da mesma altura enquanto está em pé a Lua. Sem resistência do ar para desacelerar a pena, os dois objetos caiu na superfície da Lua na mesma velocidade.
O novo experimento, chamado MICROSCOPE e liderado pelo falecido físico Pierre Touboulfoi um pouco mais rigoroso do que a demonstração de Scott. Envolveu um satélite circulando sobre a Terra em órbita de 25 de abril de 2016 até a desativação em 18 de outubro de 2018.
Durante este período, a equipa realizou múltiplas experiências utilizando massas suspensas em queda livre, fornecendo um total de cinco meses de dados. Dois terços destes dados envolveram pares de massas de teste de diferentes composições, ligas de titânio e platina. O terço restante envolveu um par de massas de referência com a mesma composição de platina.
O equipamento experimental utilizou forças eletrostáticas para manter as duas massas de teste na mesma posição uma em relação à outra. Se houvesse alguma diferença na aceleração – uma métrica conhecida como Razão de Eötvös – o equipamento registraria mudanças nas forças eletrostáticas que mantêm as massas no lugar.
Resultados iniciais lançado em 2017 foram promissores, não encontrando nenhuma violação do princípio da equivalência fraca até um parâmetro de Eötvös de −1±9 x 10−15. No entanto, o satélite ainda estava operacional e produzindo dados, o que significava que o trabalho não estava concluído. O conjunto de dados completo consolida essas descobertas iniciais, restringindo o parâmetro Eötvös a 1,1 x 10−15.
Este é o limite mais apertado do princípio da equivalência fraca até à data e é pouco provável que seja ultrapassado em breve. Significa que os cientistas podem continuar a confiar na relatividade geral com mais confiança do que nunca e colocar novas restrições na intersecção entre a relatividade geral e a mecânica quântica, dois regimes que operam sob regras diferentes.
“Temos restrições novas e muito melhores para qualquer teoria futura, porque estas teorias não devem violar o princípio da equivalência a este nível”, explica o astrônomo Gilles Métris do Observatório Côte d'Azur, na França.
Este é um resultado espetacular, visto que o equipamento, projetado para funcionar no ambiente de microgravidade da órbita terrestre, não pôde ser testado antes do lançamento. Agora que o projeto MICROSCOPE foi concluído com sucesso, a equipe pode usar os resultados para projetar um teste ainda mais rigoroso.
Estes testes ajudarão a investigar as limitações da relatividade geral, uma estrutura que descreve a gravitação no espaço-tempo físico. Em escalas atômicas e subatômicas, entretanto, a relatividade geral entra em colapso e a mecânica quântica assume o controle. Os cientistas vêm tentando resolver as diferenças entre os dois há algum tempo. Descobrir precisamente onde a relatividade geral falha pode ser uma maneira de fazer isso.
Sabemos agora que essa repartição não ocorre numa parte em 1015 para equivalência fraca. Melhorias específicas que podem ser feitas na próxima iteração do satélite poderiam investigá-lo até o nível de uma parte em 1017. Isso levará algum tempo para ser realizado, no entanto.
“Por pelo menos uma década ou talvez duas, não vemos nenhuma melhoria com um experimento de satélite espacial”, diz o engenheiro físico Manuel Rodrigues do centro nacional francês de investigação aeroespacial (ONERA).
Mas suspeitamos que esses resultados serão suficientes para prosseguirmos por enquanto.
O incrível trabalho da equipe foi publicado em Cartas de revisão física e uma edição especial de Gravidade Clássica e Quântica.
