Em novos estudos publicados em Physical Review Letters e uma edição especial de Gravidade Clássica e Quântica em 14 de setembro, uma equipe de pesquisadores apresenta o teste mais preciso até agora do Princípio de Equivalência Fraca, um componente-chave da teoria da relatividade geral. O relatório descreve os resultados finais da missão MICROSCOPE, que testou o princípio medindo as acelerações de objetos em queda livre em um satélite em órbita da Terra. A equipe descobriu que as acelerações de pares de objetos diferiam em não mais do que cerca de uma parte em 10 ¹⁵ descartando quaisquer violações do Princípio de Equivalência Fraca ou desvios do entendimento atual da relatividade geral nesse nível.
"Temos restrições novas e muito melhores para qualquer teoria futura, porque essas teorias não devem violar o princípio da equivalência neste nível", diz Gilles Métris, cientista do Observatório Côte d'Azur e membro da equipe MICROSCOPE.

A teoria da relatividade geral, publicada por Albert Einstein em 1915, descreve como a gravidade funciona e se relaciona com o tempo e o espaço. Mas por não levar em conta as observações de fenômenos quânticos, os pesquisadores procuram desvios da teoria em níveis crescentes de precisão e em várias situações. Tais violações sugeririam novas interações ou forças que poderiam unir a relatividade com a física quântica. Testar o Princípio de Equivalência Fraca (WEP) é uma maneira de procurar possíveis expansões para a relatividade geral.

De acordo com o WEP, objetos em um campo gravitacional caem da mesma maneira quando nenhuma outra força está agindo sobre eles, mesmo que tenham massas ou composições diferentes. Para testar o princípio, a equipe do MICROSCOPE projetou seu experimento para medir a razão de Eötvös – que relaciona as acelerações de dois objetos em queda livre – com uma precisão extremamente alta. Se a aceleração de um objeto diferir do outro em mais de uma parte em 10 ¹⁵ , o experimento o mediria e detectaria essa violação do WEP.

Para medir a proporção de Eötvös, os pesquisadores monitoraram as acelerações das massas de teste de liga de platina e titânio enquanto orbitavam a Terra no satélite MICROSCOPE. O instrumento experimental utilizou forças eletrostáticas para manter pares de 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 testar o instrumento na Terra para garantir que funcionaria conforme projetado no espaço. "A dificuldade é que o instrumento que lançamos não pode operar no solo", diz Manuel Rodrigues, cientista do laboratório aeroespacial francês ONERA e membro da equipe MICROSCOPE. "Então é uma espécie de teste cego."

Uma vez que o instrumento estava pronto, a equipe o lançou em 2016. Eles divulgaram resultados preliminares em 2017, mas continuaram a analisar os dados, contabilizando falhas e incertezas sistemáticas, após o término da missão em 2018. Eles finalmente encontraram nenhuma violação do WEP , definindo as restrições mais rigorosas sobre o princípio até agora.

O trabalho da equipe abre caminho para testes ainda mais precisos do WEP com experimentos de satélite. Sua análise inclui maneiras de melhorar a configuração experimental, como reduzir as rachaduras no revestimento dos satélites que afetaram as medições de aceleração e substituir os fios na configuração por dispositivos sem contato. Um experimento de satélite que implemente essas atualizações deve ser capaz de medir possíveis violações do WEP no nível de uma parte em 10 ¹⁷ , dizem os pesquisadores. Mas os resultados do MICROSCOPE provavelmente continuarão sendo as restrições mais precisas do WEP por um tempo.

“Por pelo menos uma década ou talvez duas, não vemos nenhuma melhoria com um experimento de satélite espacial”, diz Rodrigues. + Explorar mais

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