Pesquisadores da Universidade de Viena e da Academia Austríaca de Ciências, liderados por Markus Aspelmeyer conseguiram medir o campo gravitacional de uma esfera de ouro, apenas 2 mm de diâmetro, usando um pêndulo altamente sensível - e, portanto, a menor força gravitacional. O experimento abre novas possibilidades para testar as leis da gravidade em pequenas escalas anteriormente não alcançadas. Os resultados são publicados na revista Natureza .

A gravidade é a mais fraca de todas as forças conhecidas na natureza - e ainda assim está mais fortemente presente em nossa vida cotidiana. Cada bola que lançamos, cada moeda que jogamos - todos os objetos são atraídos pela gravidade da Terra. No vácuo, todos os objetos próximos à superfície da Terra caem com a mesma aceleração:sua velocidade aumenta cerca de 9,8 m / s a ​​cada segundo. A força da gravidade é determinada pela massa da Terra e pela distância do centro. Na Lua, que é cerca de 80 vezes mais leve e quase 4 vezes menor que a Terra, todos os objetos caem 6 vezes mais devagar. E em um planeta do tamanho de uma joaninha? Os objetos cairiam 30 bilhões de vezes mais devagar lá do que na Terra. Forças gravitacionais dessa magnitude normalmente ocorrem apenas nas regiões mais distantes das galáxias para capturar estrelas remotas.

Uma equipe de físicos quânticos liderados por Markus Aspelmeyer e Tobias Westphal, da Universidade de Viena e da Academia Austríaca de Ciências, demonstrou essas forças em laboratório pela primeira vez. Para fazer isso, os pesquisadores se basearam em um famoso experimento conduzido por Henry Cavendish no final do século XVIII.

Durante a época de Isaac Newton, acreditava-se que a gravidade era reservada para objetos astronômicos, como planetas. Não foi até o trabalho de Cavendish (e Nevil Maskelyne antes dele) que foi possível mostrar que os objetos na Terra também geram sua própria gravidade. Usando um dispositivo de pêndulo elegante, Cavendish conseguiu medir a força gravitacional gerada por uma bola de chumbo de 30 cm de altura e pesando 160 kg em 1797. Um chamado pêndulo de torção - duas massas nas extremidades de uma haste suspensa por um fio fino e livre para girar - é defletido de forma mensurável pela força gravitacional da massa de chumbo. Ao longo dos próximos séculos, esses experimentos foram aperfeiçoados para medir as forças gravitacionais com precisão crescente.

A equipe de Viena pegou essa ideia e construiu uma versão em miniatura do experimento Cavendish. Uma esfera de ouro de 2 mm pesando 90 mg serve como massa gravitacional. O pêndulo de torção consiste em uma haste de vidro de 4 cm de comprimento e meio milímetro de espessura, suspenso de uma fibra de vidro de alguns milésimos de milímetro de diâmetro. Esferas de ouro de tamanho semelhante são presas a cada extremidade da haste. "Nós movemos a esfera de ouro para frente e para trás, criando um campo gravitacional que muda com o tempo, "explica Jeremias Pfaff, um dos pesquisadores envolvidos no experimento. "Isso faz com que o pêndulo de torção oscile nessa frequência de excitação específica."

O movimento, que tem apenas alguns milionésimos de milímetro, pode então ser lido com a ajuda de um laser e permite tirar conclusões sobre a força. A dificuldade é manter as outras influências no movimento o menor possível. "O maior efeito não gravitacional em nosso experimento vem de vibrações sísmicas geradas por pedestres e tráfego de bonde ao redor de nosso laboratório em Viena, "diz o co-autor Hans Hepach:" Portanto, obtivemos os melhores dados de medição à noite e durante as férias de Natal, quando havia pouco tráfego. "Outros efeitos, como forças eletrostáticas, poderiam ser reduzidos a níveis bem abaixo da força gravitacional por um escudo condutor entre as massas de ouro.

Isso tornou possível determinar o campo gravitacional de um objeto que tem aproximadamente a massa de uma joaninha pela primeira vez. Como uma próxima etapa, pretende-se investigar a gravidade de massas milhares de vezes mais leves.

A possibilidade de medir campos gravitacionais de pequenas massas e em pequenas distâncias abre novas perspectivas para a pesquisa em física gravitacional; traços de matéria escura ou energia escura podem ser encontrados no comportamento da gravidade, que poderia ser responsável pela formação do nosso universo atual. Os pesquisadores de Aspelmeyer estão particularmente interessados ​​na interface com a física quântica:a massa pode ser reduzida o suficiente para que os efeitos quânticos desempenhem um papel? Só o tempo irá dizer. Por enquanto, o fascínio pela teoria da gravidade de Einstein ainda prevalece. "De acordo com Einstein, a força gravitacional é uma consequência do fato de que as massas dobram o espaço-tempo no qual outras massas se movem, "diz o primeiro autor Tobias Westphal." Então, o que estamos realmente medindo aqui é como uma joaninha distorce o espaço-tempo. "