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Relógios atômicos dentro de dois satélites corroboram mais uma vez a Teoria da Relatividade Geral



Mais uma evidência científica de suporte se acumula corroborando a Teoria da Relatividade Geral, primeiro publicada pelo Físico Albert Einstein no início do século XX. Nas últimas décadas, diversos fenômenos, astronômicos e terrestres, vêm confirmando as predições da Relatividade Geral com cada vem mais precisão, e o nosso próprio sistema de GPS só funciona respeitando essa teoria (1). Agora, um experimento de grande precisão e oportunístico forneceu mais uma confirmação.


A gravidade surge, segundo a teoria relativística, quando o espaço-tempo é distorcido pela presença de um corpo com massa. Nesse sentido, a Relatividade Geral clássica fornece uma descrição geométrica da interação gravitacional. Sua base é constituída de dois princípios fundamentais: (i) o princípio da equivalência de Einstein (EEP) e (ii) as equações de campo de de Einstein que podem ser derivadas da ação Einstein-Hilbert. De um ponto de vista fenomenológico, três aspectos da EEP podem ser testados: (i) a universalidade da queda livre (UFF), (ii) a invariância local de Lorentz (LLI), e (iii) a invariância local de posição (LPI).

Em específico, a LPI estipula que o resultado de qualquer experimento local não-gravitacional é independente da posição espaço-temporal do quadro de referência em queda livre no qual está sendo realizado. Esse princípio pode ser testado por dois principais experimentos: (i) busca por variações nas contantes da natureza e (ii) testes do redshift (desvio para o vermelho) gravitacional (2).


O fenômeno do redshift gravitacional foi primeiro confirmado com baixa precisão em 1959 a partir de experimentos na superfície terrestre, e com razoável precisão em 1976 pelo Gravity Probe A (GP-A), um experimento de 2 horas em um foguete onde se comparou o tempo marcado em um relógio atômico (o mais preciso tipo de relógio que possuímos hoje, baseado na frequência de transições eletrônicas de átomos em regiões específicas do espectro eletromagnético) no foguete com outro posicionado na superfície terrestre.

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Em um experimento de redshift gravitacional via relógios atômicos, a diferença de frequência fraccionária z = Δν/ν entre dois relógios localizados em diferentes posições em um campo gravitacional estático é medida pela troca de sinais eletromagnéticos. O EPP prediz z = ΔU/c2 para relógios estacionários, onde ΔU é a diferença do potencial gravitacional entre a localização de ambos os relógios, e c é a velocidade da luz no vácuo (299792458 m/s). Um formalismo simples e conveniente para testar o redshift é introduzir um novo parâmetro α definido através da equação:


Nesse sentido, os cientistas ganharam outra chance de testar o fenômeno quando dois de 26 satélites - atualmente pertencentes ao sistema de navegação global (GPS) Europeu Galileo - foram acidentalmente lançados em órbitas elípticas ao invés de circulares. Esses dois satélites - chamados de GSAT0201 e GSAT0202 - agora sobem e descem por uma diferença em torno de 8500 km a cada 13 horas de órbita. Esse contínuo afastamento e aproximação da superfície terrestre (perto e longe da enorme massa da Terra) criam as condições perfeitas para se observar diferenças de tempo entre os relógios atômicos dentro dos satélites (esses relógios são usados para a coordenação dos GPS ao redor do globo)  e aqueles localizados na superfície terrestre. E, como são vários ciclos de subida e descida, isso permite uma grande robustez estatística para as diferenças temporais observadas e determinação do parâmetro α.

Seguindo as condições da equação acima exposta, deve existir uma diferença temporal observada - associada a variações na frequência fracionária - na ordem de uma parte para 10 bilhões ao longo de cada órbita. E foi exatamente isso que um time internacional de Físicos observou e com grande precisão - α = (0.19 ± 2.48) × 10−5, ou seja, 5,6 vezes maior do que o experimento de 1976 (|α| ≤ 1.4 × 10−4) - , ao analisar os dados obtidos dos dois satélites durante um período de 1008 dias, e levando em conta diversos outros fatores de interferência, como o campo magnético terrestre. O achado foi detalhado esta semana no periódico Physical Review Letters.

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Agora, um experimento de mesma natureza está marcado para ser realizado em 2020 na Estação Espacial ISS, mas com uma precisão ~5 vezes maior do que a alcançada nesse novo estudo (|α| ≤ 3 × 10−6). Medir o quão precisa é a Relatividade Geral em diferentes ambientes e condições é extremamente importante, porque qualquer falha, por mínima que seja, pode abrir caminho para o estabelecimento ou reformulações de novas teorias, especialmente astronômicas. Aliás, existe ainda um descompasso entre a Teoria Quântica e a Teoria da Relatividade Geral que precisa ser resolvido (3).



Publicação do estudo: PRL

Relógios atômicos dentro de dois satélites corroboram mais uma vez a Teoria da Relatividade Geral Relógios atômicos dentro de dois satélites corroboram mais uma vez a Teoria da Relatividade Geral Reviewed by Saber Atualizado on dezembro 08, 2018 Rating: 5

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