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Diferentes tipos de átomos caem com a mesma aceleração devido à gravidade
Segundo a lenda, Galileu jogou pesos da Torre Inclinada de Pisa, mostrando que a gravidade faz com que objetos de massas diferentes caiam com a mesma aceleração. Nos últimos anos, os pesquisadores começaram a replicar esse teste de uma forma que o cientista italiano provavelmente nunca imaginou – eliminando átomos.
Um novo estudo descreve o teste de queda de átomo mais sensível até agora e mostra que o experimento de gravidade de Galileu ainda se mantém – mesmo para átomos individuais. Dois tipos diferentes de átomos tiveram a mesma aceleração em cerca de uma parte por trilhão, ou 0,0000000001 por cento, os físicos relataram em um artigo publicado na Physical Review Letters.
Comparado com um teste de queda de átomo anterior, a nova pesquisa é mil vezes mais sensível. “É um salto em frente”, diz o físico Guglielmo Tino, da Universidade de Florença, que não participou do novo estudo.
Os pesquisadores compararam átomos de rubídio de dois isótopos diferentes, átomos que contêm diferentes números de nêutrons em seus núcleos. A equipe lançou nuvens desses átomos com cerca de 8,6 metros de altura em um tubo sob vácuo. Conforme os átomos aumentaram e diminuíram, ambas as variedades aceleraram essencialmente na mesma taxa, descobriram os pesquisadores.
Ao confirmar o experimento gravitacional de Galileu mais uma vez, o resultado confirma o princípio da equivalência, uma base da teoria da gravidade de Albert Einstein, a relatividade geral. Esse princípio afirma que a massa inercial de um objeto, que determina o quanto ele acelera quando a força é aplicada, é equivalente à sua massa gravitacional, que determina o quão forte é a força gravitacional que ele sente. Resultado: a aceleração de um objeto sob a gravidade não depende de sua massa ou composição.
Até agora, o princípio de equivalência resistiu a todos os testes. Mas os átomos, que estão sujeitos às estranhas leis da mecânica quântica, podem revelar seus pontos fracos. “Quando você faz o teste com átomos … você está testando o princípio de equivalência e enfatizando-o de novas maneiras”, diz o físico Mark Kasevich da Universidade de Stanford.
Kasevich e colegas estudaram as minúsculas partículas usando interferometria de átomos, que aproveita a mecânica quântica para fazer medições extremamente precisas. Durante o voo dos átomos, os cientistas colocaram os átomos em um estado chamado de superposição quântica, no qual as partículas não têm uma localização definida. Em vez disso, cada átomo existia em uma superposição de dois locais, separados por até sete centímetros. Quando as duas localizações dos átomos foram reunidas, os átomos interferiram em si mesmos de uma forma que revelou com precisão sua aceleração relativa.
Muitos cientistas pensam que o princípio da equivalência acabará vacilando. “Temos expectativas razoáveis de que nossas teorias atuais … não são o fim da história”, diz a física Magdalena Zych, da University of Queensland em Brisbane, Austrália, que não esteve envolvida na pesquisa. Isso porque a mecânica quântica – o ramo da física que descreve a física contra-intuitiva dos muito pequenos – não se harmoniza bem com a relatividade geral, levando os cientistas em uma busca por uma teoria da gravidade quântica que pudesse unir essas idéias. Muitos cientistas suspeitam que a nova teoria violará o princípio da equivalência por uma quantidade muito pequena para ter sido detectada com os testes realizados até agora.
Mas os físicos esperam melhorar esses testes baseados em átomos no futuro, por exemplo, realizando-os no espaço, onde os objetos podem cair em queda livre por longos períodos de tempo. Um teste de princípio de equivalência no espaço já foi realizado com cilindros de metal, mas ainda não com átomos.
Publicado em 31/10/2020 19h48
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