Missão MICROSCOPE testa no espaço teoria da relatividade geral de Einstein

18-09-2022

Ilustração do MICROSCOPE, um satélite francês que realizou um teste extremamente preciso do princípio da equivalência fraco, parte da teoria da relatividade geral de Einstein. Crédito: © CNES/Virtual-IT, 2017

Cientistas demonstraram que a teoria da relatividade geral de Einstein está correta — e é incrivelmente precisa, mesmo tendo sido inventada há mais de um século. 

A equipe por trás da pesquisa buscava testar um componente da teoria da relatividade geral de Einstein chamado de princípio de equivalência fraco, que afirma que todos os objetos, independentemente de sua massa ou composição, devem cair (em queda livre) da mesma forma dentro de um mesmo campo gravitacional — isto é, quando a interferência de fatores como a pressão do ar é eliminada. Para fazê-lo, os cientistas mediram a aceleração de objetos em queda livre em um satélite francês chamado MICROSCOPE, lançado em 2016.

Um dos testes mais famosos do princípio de equivalência fraco ocorreu durante a caminhada lunar da missão Apollo 15, quando o astronauta David Scott largou uma pena e um martelo de geologia ao mesmo tempo; sem a resistência do ar, ambos os objetos aceleraram em direção à superfície da Lua no mesmo ritmo. De forma semelhante, o MICROSCOPE carrega massas de teste feitas de ligas de platina e titânio. Forças eletrostáticas mantém cada uma dessas massas nas mesmas posições em relação à outra, portanto, qualquer diferença detectada na força eletrostática aplicada seria o resultado de discrepâncias entre suas acelerações.

Os resultados da equipe — a culminação de 20 anos de pesquisa — revelaram que a aceleração em pares dos objetos em queda livre não se diferenciou mais do que 1 parte em 10^15, ou 0,000000000000001, o que significa que não encontraram nenhuma violação maior do que essa no princípio de equivalência fraco.

Além de restringir o desvio possível no princípio de equivalência fraco (um limite acima do qual esse desvio não ocorre), as descobertas também desfavorecem qualquer contestação da teoria da gravitação de 1915 de Einstein, a teoria da relatividade, como um todo. Cientistas continuam procurando por esses desvios pois a relatividade geral, nossa melhor descrição da gravidade até agora, não se encaixa bem com a física quântica, nosso melhor modelo para a realidade em escalas incrivelmente pequenas.

Nenhum sinal de desvio, portanto, significa que ainda não há nenhuma indicação da existência de extensões da relatividade geral esperando para serem encontradas; extensões essas que poderiam ser a ponte para transpor a brecha com a física quântica.

“Temos um limite novo e muito melhor para qualquer teoria futura porque essas teorias não podem violar o princípio de equivalência fraco acima desse nível”, afirma Gilles Métris, em um pronunciamento para a Sociedade Americana de Física, que publicou a pesquisa. Ele faz parte da equipe do MICROSCOPE e trabalha no Observatório Côte d’Azur, na França.

O MICROSCOPE foi lançado em abril de 2016 e a equipe da missão publicou seus dados preliminares em 2017. A análise de dados continuou desde então, mesmo após o fim do experimento em 2018.

O fato de que a nova pesquisa não encontrou nenhuma violação do princípio de equivalência fraco impõe os limites mais rígidos até agora neste elemento da relatividade geral, e os resultados também preparam o terreno para ainda mais testes precisos no futuro. 

Isso porque os cientistas incluíram sugestões de como o arranjo experimental poderia ser melhorado. Essas melhorias em potencial incluem reduzir imperfeições no revestimento do satélite que podem ter impacto nas medições de aceleração, assim como trocar sistemas conectados por fios por conectores wireless, escreveram eles. 

Um satélite que implemente essas melhorias poderia potencialmente detectar violações do princípio de equivalência fraco tão pequenas quanto 1 parte em 10^17, 100 vezes mais sensível que o MICROSCOPE. Mas a equipe prevê que não será possível implementar essas melhorias ainda por algum tempo, o que significa que, por enquanto, o experimento atual permanecerá como o seu melhor teste.

“Por pelo menos uma década ou duas, não veremos nenhuma melhoria em experimentos de satélite”, disse Manuel Rodrigues no pronunciamento. Ele é membro da equipe do MICROSCOPE e cientista no ONERA, um instituto francês de pesquisa especializado em ciência aeroespacial.A pesquisa da equipe foi publicada na quarta-feira (14 de setembro) no Physical Review Letters, e em uma edição especial do Classical and Quantum Gravity.

Robert Lea

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(Scientific American Brasil)

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