Novo design para um gravímetro pequeno e altamente sensível que pode operar de forma estável à temperatura ambiente

(a) Esquema do gravímetro de levitação diamagnética. (b) Esquema de detecção de deslocamento do oscilador. O feixe de laser é focado por uma lente. O fio de cobre é colocado no ponto focal, onde a sensibilidade ao deslocamento na direção Z é máxima. (c) A curva de resposta medida da tensão ao deslocamento na direção Z de (b). Crédito:Cartas de revisão física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.123601

Uma equipe de físicos e engenheiros afiliados a diversas instituições na China desenvolveu um novo tipo de gravímetro pequeno e altamente sensível que pode operar de forma estável à temperatura ambiente. Em seu projeto, publicado na revista Physical Review Letters, o grupo desenvolveu uma estratégia de ímã duplo que usava um laser para medir mudanças na gravidade.

Dispositivos de medição de gravidade já existem há algum tempo. Infelizmente, os dois tipos principais têm desvantagens – aqueles baseados em pequenos osciladores tendem a envelhecer rapidamente, resultando em perda de precisão. E aqueles baseados em materiais supercondutores requerem recipientes frios, o que significa que consomem muita energia e são difíceis de movimentar. Neste novo esforço, a equipe de pesquisa adotou uma nova abordagem.

Eles construíram um dispositivo com um grande ímã dentro de um gabinete fixado na parte superior central. Eles então adicionaram um ímã menor abaixo dele e o alojaram em uma concha de grafite que repele o campo. O magnetismo oposto fez com que o ímã menor levitasse. A ligeira repulsão também resultou em oscilações verticais – o ajuste do espaço entre os ímanes permitiu à equipa reduzi-lo para apenas 1 Hz.

A equipe então adicionou um fio pendurado no ímã maior – seu movimento, para cima ou para baixo, representava mudanças na atração gravitacional. Esse movimento foi medido usando um laser vertical que experimentou vários graus de intensidade à medida que era bloqueado pelo fio enquanto se movia – a medição de tais mudanças permitiu calcular a quantidade de gravidade experimentada pelo dispositivo.

A equipe testou seu dispositivo colocando-o em uma câmara de vácuo por várias semanas, permitindo que ele assentasse. Eles então o usaram para fazer medições da gravidade da Lua e do Sol durante os cinco dias seguintes. Eles então compararam os resultados com os valores previstos e descobriram que seu sinal exibia oscilações que representavam variações na aceleração gravitacional de até cerca de 10⁻⁷ do valor padrão, que eles descrevem como altamente preciso.

A equipe descreve seu trabalho como um dispositivo de prova de conceito e sugere que trabalhos futuros provavelmente levariam a um refinamento, o que por sua vez deveria levar a uma precisão ainda maior. Eles também planejam tornar o dispositivo mais robusto fisicamente para que possa resistir à movimentação de um local para outro.

Mais informações: Yingchun Leng et al, Measurement of the Earth Tides with a Diamagnetic-Levitated Micro-Oscillator at Room Temperature, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.123601
Informações do diário: Cartas de revisão física

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