Criado método dinâmico para medir a força da gravidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/07/2022

Esta é a configuração da nova técnica para medição da constante gravitacional G.
[Imagem: Jürg Dual/IMES/ETH Zurich]

Medição da gravidade

A constante gravitacional G determina a força da gravidade - a força que faz as maçãs caírem no chão ou puxa a Terra em sua órbita ao redor do Sol.

Parte da lei da gravitação universal de Isaac Newton, formulada há mais de 300 anos, a constante G não pode ser derivada matematicamente; ela tem de ser determinada através de experimentos.

Ao longo dos séculos, os cientistas realizaram vários experimentos para determinar o valor de G, mas a comunidade científica não está satisfeita com o número atual, que é menos preciso do que os valores de todas as outras constantes naturais fundamentais, como a velocidade da luz no vácuo, por exemplo.

Hoje, G = 6,67408 × 10¹¹ metros cúbicos por quilograma por segundo ao quadrado (m³ kg^-1 s^-2) - os físicos chamam a unidade de "grande G", para evitar confusões com o "pequeno g", que é o símbolo associado à intensidade da aceleração da gravidade junto à superfície do planeta.

Uma força muito fraca

Uma razão pela qual a gravidade é extremamente difícil de quantificar é que ela é uma força muito fraca e não pode ser isolada: Quando você mede a gravidade entre dois corpos, você também mede o efeito de todos os outros corpos do mundo sobre esses corpos de prova.

"A única opção para resolver essa situação é medir a constante gravitacional com o maior número possível de métodos diferentes," explica o pesquisador Jürg Dual, do Instituto Federal de Tecnologia (ETH) de Zurique, na Suíça.

Agora, Dual e seus colegas conduziram um novo experimento para redeterminar a constante gravitacional. Ainda que novos experimentos não consigam a precisão necessária nas primeiras tentativas, elas são importantes para validar outros métodos e nos aproximar de um G mais fidedigno.

Quando a haste laranja é posta para vibrar, ela faz com que a haste azul se mova devido às forças gravitacionais. Os movimentos diminutos das duas são detectados com alta precisão por quatro medidores a laser.
[Imagem: Jürg Dual/IMES/ETH Zurich]

Novo valor para o Grande G

Para descartar ao máximo as fontes de interferência, gravitacional e de outros tipos, a equipe instalou seu equipamento de medição no que costumava ser a fortaleza de Furggels, na Suíça, um conjunto de abrigos subterrâneos construídos durante a Segunda Guerra e mantidos secretos até 2001.

A montagem experimental consiste em duas vigas suspensas em câmaras de vácuo.

Quando uma delas é posta para vibrar, o acoplamento gravitacional faz com que a segunda viga também apresente um movimento mínimo, na faixa dos picômetros, ou seja, 10^-12 metro. Usando aparelhos de medição a laser, a equipe mensurou o movimento das duas vigas, e a medição desse efeito dinâmico permitiu inferir a magnitude da constante gravitacional.

O valor a que os pesquisadores chegaram usando esse método é 2,2% maior do que o valor oficial atualmente aceito pelo Comitê de Dados para Ciência e Tecnologia: 6,82 x 10¹¹ m³ kg^-1 s^-2.

Mas a estimativa tem uma incerteza de cerca de 1,6%, o que é grande em comparação com outras medições. Portanto, o número ainda não é preciso o suficiente para influenciar o debate sobre o valor do Grande G.

É importante que haja várias técnicas de medição da constante gravitacional, para se chegar a um valor mais preciso.
[Imagem: Qing Li et al. - 10.1038/s41586-018-0431-5]

Medição dinâmica da gravidade

A obtenção de resultados iniciais com incerteza elevada é algo normal nas primeiras vezes em que um novo método começa a ser usado.

"Para obter um valor confiável, ainda precisamos reduzir consideravelmente essa incerteza. Já estamos fazendo medições com uma configuração experimental ligeiramente modificada, para que possamos determinar a constante G com precisão ainda maior," disse Dual.

Na verdade, o pesquisador adianta que já possui resultados iniciais nessa nova configuração, mas que ainda estão em revisão para serem publicados - ele só adianta que "estamos no caminho certo".

A vantagem do novo método é que ele mede a gravidade dinamicamente através das duas hastes móveis. "Em medições dinâmicas, diferentemente das estáticas, não importa que seja impossível isolar o efeito gravitacional de outros corpos," explica ele.

É por isso que ele espera que ele e sua equipe possam usar o experimento para ajudar a resolver o enigma da gravidade. Afinal, a ciência ainda não compreendeu totalmente essa força natural ou os experimentos relacionados a ela.

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