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Dilatação temporal tem medidas mais precisas

Íons de lítio foram usados para testar o efeito de dilatação temporal prevista por Einstein

Nick via Flickr
Por Alexandra Witze e Revista Natura

Físicos verificaram uma previsão fundamental da Teoria da Relatividade Especial com uma precisão sem precedentes. Experimentos realizados em um acelerador de partículas na Alemanha confirmam que o tempo se move mais lentamente para um relógio em movimento do que para um relógio estacionário.

O trabalho é o teste mais rigoroso já realizado do efeito de “dilatação temporal” previsto por Einstein. Uma das consequências desse efeito é que uma pessoa que viajasse em um foguete de alta velocidade envelheceria mais lentamente que as pessoas que ficassem na Terra.

Poucos cientistas duvidam que Einstein estivesse certo. Mas a matemática que descreve o efeito de dilatação temporal é “fundamental para todas as teorias físicas”, declara Thomas Udem, físico do Instituto Max Planck de Ótica Quântica em Garching, na Alemanha, que não se envolveu na pesquisa. “É de extrema importância realizar essa verificação com a maior precisão possível”.

O artigo foi publicado em 16 de setembro, na Physical Review Letters. Ele é a culminação de 15 anos de trabalhos realizados por um grupo internacional de colaboradores, incluindo o Prêmio Nobel Theodor Hänsch, diretor do instituto de ótica Max Planck.

Para testar o efeito de dilatação temporal, físicos precisam comparar dois relógios – um estacionário, e um em movimento. Para fazer isso, os pesquisadores usaram o Experimental Storage Ring (Anel de Armazenagem Experimental, literalmente) em que partículas de alta velocidade são armazenadas e estudadas no Centro GSI Helmholtz para pesquisas com íons pesados em Darmstadt, na Alemanha.

Para produzir o relógio em movimento, os cientistas aceleraram íons de lítio até um terço da velocidade da luz. Então mediram um conjunto de transições dentro do lítio enquanto elétrons saltavam entre vários níveis energéticos. A frequência das transições serviu como o ‘tic-tac’ do relógio. Transições dentro de íons de lítio que não se moviam fizeram o papel de relógio estacionário.

Os pesquisadores mediram o efeito de dilatação temporal com mais precisão que qualquer estudo anterior, incluindo o que foi publicado em 2007 pelo mesmo grupo de pesquisa. “Esse resultado é quase cinco vezes melhor que o anterior, e de 50 a 100 vezes melhor que qualquer outro método usado por outras pessoas para medir a dilatação temporal relativística”, explica o coautor Gerald Gwinner, físico da University of Manitoba em Winnipeg, no Canadá.

Compreender a dilatação temporal também tem aplicações práticas. Satélites do Sistema de Posicionamento Global (GPS) são essencialmente relógios em órbita, e o software do GPS precisa calcular minúsculas alterações temporais enquanto analisa informações de navegação. A Agência Espacial Europeia planeja testar a dilatação temporal no espaço quando enviar seu experimento Atomic Clock Ensemble in Space (ACES), para a Estação Espacial Internacional em 2016.

A velocidade de íons em movimento rápido significa que experimentos com aceleradores podem testar a dilatação temporal com mais precisão que quaisquer experimentos na órbita terrestre, explica Matthew Mewes, físico da Universidade Estadual Politécnica da Califórnia em San Luis Obispo, que não é parte da equipe. 

Mas o grupo de pesquisa está desmembrando sua colaboração de longo prazo, já que não existe um acelerador maior para realizar testes mais potentes. “Foram muitas horas em porões, em salas protegidas com equipamentos barulhentos, e no final você consegue apenas um número”, conclui Gwinner. “Estamos trocando vários emails nostálgicos”.

Este artigo foi reproduzido com permissão e foi publicado pela primeira vez em 19 de setembro de 2014.