Fora da gravidade medida com preciso indita

Espao

Redação do Site Inovação Tecnológica – 15/03/2021

Medio da gravidade

Fsicos da Universidade de Viena, na ustria, conseguiram medir o campo gravitacional de uma esfera milmtrica de ouro – a menor fora gravitacional j medida.

Embora fortemente presente em nossa vida cotidiana, a gravidade a mais fraca de todas as foras conhecidas na natureza – a gravidade da Terra inteira no consegue vencer a fora magntica de um m de geladeira.

No vcuo, todos os objetos prximos superfcie da Terra caem com a mesma acelerao: Sua velocidade aumenta cerca de 9,8 m/s a cada segundo.

A fora da gravidade determinada pela massa da Terra e pela distncia do seu centro. Na Lua, que cerca de 80 vezes mais leve e quase 4 vezes menor que a Terra, todos os objetos caem 6 vezes mais devagar.

Gravidade entre estrelas

E em um “planeta” do tamanho de uma joaninha?

Ao medir a gravidade de uma esfera de apenas 1 mm de dimetro, usando um pndulo altamente sensvel, a equipe determinou que os objetos nesse planeta em miniatura cairiam 30 bilhes de vezes mais devagar l do que na Terra.

O valor mdio obtido pela equipe foi de uma acelerao de 5,89 10^-11 m³kg^-1s^-2, com o “controle de qualidade” indicando que menos de 10% desse valor pode ser gerado por foras esprias – que no a fora gravitacional da esfera -, no controladas pelo experimento.

Isso est longe de ser meramente uma curiosidade cientfica.

Por exemplo, se nossa compreenso do Universo estiver correta, ento com foras gravitacionais dessa magnitude que as galxias contam para manter suas estrelas agrupadas.

O minsculo pndulo suspenso por uma fibra de vidro, sentindo a fora gravitacional da bola de ouro de um milmetro.
[Imagem: Tobias Westphal]

Pndulo de toro

Para fazer a medio, os fsicos se basearam em um famoso experimento idealizado por Henry Cavendish no final do sculo XVIII.

Durante a poca de Isaac Newton, acreditava-se que a gravidade era reservada para objetos astronmicos, como planetas. Graas ao trabalho de Cavendish (e Nevil Maskelyne antes dele), foi possvel mostrar que os objetos na Terra tambm geram sua prpria gravidade.

Usando um dispositivo de pndulo – chamado pndulo de toro -, Cavendish conseguiu medir a fora gravitacional gerada por uma bola de chumbo de 30 cm de dimetro e pesando 160 kg – isso em 1797. Nesse mecanismo, duas massas nas extremidades de uma haste suspensa por um fio fino e livre para girar so desviadas de forma mensurvel pela fora gravitacional da massa de chumbo.

Ao longo dos sculos seguintes, esses experimentos foram aperfeioados para medir foras gravitacionais com preciso crescente.

Experimento de Cavendish aprimorado

A equipe de Viena pegou essa ideia e construiu uma verso em miniatura do experimento de Cavendish. Uma esfera de ouro de 1,07 mm, pesando 92,1 mg, serve como massa gravitacional. O pndulo de toro consiste em uma haste de vidro de 4 cm de comprimento e meio milmetro de espessura, suspensa em uma fibra de vidro de alguns milsimos de milmetro de dimetro. Esferas de ouro de tamanho semelhante so presas a cada extremidade da haste e tudo foi posto em um ambiente de alto vcuo.

“Ns movemos a esfera de ouro para frente e para trs, criando um campo gravitacional que muda com o tempo,” explicou o professor Jeremias Pfaff. “Isso faz com que o pndulo de toro oscile nessa frequncia de excitao especfica.”

O movimento, de apenas alguns milionsimos de milmetro, pode ento ser lido com a ajuda de um laser, permitindo tirar concluses sobre a fora da gravidade associada.

Parece simples, mas o grande desafio eliminar todas as outras foras que influem no experimento, da fora da gravidade da Terra s vibraes dos carros passando nas vizinhanas do laboratrio. No por acaso, a equipe conseguiu sua melhor medio em um feriado, quando a cidade estava particularmente quieta e silenciosa.

E eles pretendem continuar aprimorando seu dispositivo, medindo a gravidade de massas milhares de vezes mais leves.

Como uma joaninha deforma o espao-tempo

A possibilidade de medir campos gravitacionais de pequenas massas e em pequenas distncias abre novas perspectivas para a pesquisa em fsica gravitacional. Por exemplo, mesmo quantidades nfimas de matria escura ou energia escura podem influir no comportamento da gravidade, o que pode ajudar a explicar a formao do nosso Universo.

Os pesquisadores esto particularmente interessados na interface com a fsica quntica: Ser que a massa ser reduzida o suficiente para que eventuais efeitos qunticos da gravidade desempenhem um papel? S o tempo ir dizer. Por enquanto, o fascnio pela teoria da gravidade de Einstein ainda prevalece.

“De acordo com Einstein, a fora gravitacional uma consequncia do fato de que as massas dobram o espao-tempo no qual outras massas se movem,” comentou o professor Tobias Westphal. “Ento, o que estamos realmente medindo aqui como uma joaninha deforma o espao-tempo.”

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