Caros Leitores;
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.
O satélite orbitou a Terra a 710 km de altitude.
[Imagem: CNES 2015]
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.
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
Fonte: Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/09/2022
https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=principio-equivalencia-fraco-relatividade-passa-teste-mais-rigoroso&id=010130220915#.YyRyRaDMLIX
Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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