Capitolul final publicat în proiectul Gravity Probe B de zeci de ani

Un efort obositor, dar în cele din urmă reușit, de a testa teoria generală a relativității a lui Einstein, veche de 100 de ani, s-a încheiat la mai bine de jumătate de secol de la început. Douăzeci și unu de lucrări publicate online pe 17 noiembrie în Gravitația clasică și cuantică prezintă o rezumare detaliată a Gravity Probe B, un satelit care în 2011 a confirmat predicția lui Einstein conform căreia Pământul zdrobește și crește spațiu-timpul din jurul său.

„Este foarte interesant”, spune investigatorul principal Francis Everitt de la Universitatea Stanford. „A fost destul de obositor.”

Oamenii de știință din misiune au reușit să furnizeze măsurători relativ precise ale a două fenomene de relativitate generală, în ciuda mai multor accidente care amenințau să facă datele inutile. „Cred că echipa Gravity Probe B este cea mai eroică grupă de oameni de știință cu care am fost afiliat vreodată”, spune Peter Saulson, un fizician la Universitatea Syracuse din New York, care a monitorizat misiunea ca parte a unui comitet consultativ organizat de NASA. Pe lângă faptul că oferă o altă ștampilă de aprobare pentru relativitatea generală, moștenirea de durată a Gravity Probe B poate fi o tehnologie de pionierat care permite descoperiri viitoare.

Relativitatea generală și-a câștigat mai întâi credibilitate prin explicația lui Einstein asupra orbitei lui Mercur și măsurătorile eclipselor de soare (SN: 17.10.15, str. 16). La începutul anilor 1960, Everitt a început o încercare de a testa unele dintre predicțiile teoriei, mai greu de testat. El a plănuit să măsoare cât de mult deformează Pământul (și prin extensie, toate obiectele cu masă) spațiu-timp, un fenomen cunoscut sub numele de efect geodezic. De asemenea, Everitt a vrut să măsoare efectul și mai slab de tragere a cadrului, în care Pământul care se învârte ar trebui să smulgă și să răsucească spațiu-timpul din jur.

După multe întârzieri și porniri false, Gravity Probe B a fost lansat în sfârșit în aprilie 2004. A testat ambele efecte cu patru giroscoape constând din sfere de cuarț rotitoare acoperite cu niobiu metalic. Conform legilor lui Newton, axa unui giroscop complet izolată de forțele externe ar indica pentru totdeauna aceeași direcție. Dar din cauza efectelor geodezice și de tragere a cadrului, relativitatea generală prezice că planeta noastră rotativă de 6 septilioane de kilograme ar trebui să reorienteze atât de ușor axa giroscopului.

Din păcate, eliminarea forțelor exterioare este o sarcină dificilă, chiar și în spațiu. Cercetătorii au observat că giroscoapele de dimensiunea unei mingi de ping-pong se clătinau în moduri neașteptate. Alteori, axa unui giroscop s-ar schimba brusc și s-ar îndrepta într-o nouă direcție. Inițial, echipa lui Everitt nu știa ce cauzează abaterile, care erau de zeci până la sute de ori mai mari decât efectele gravitaționale pe care cercetătorii sperau să le măsoare.

Pe parcursul a cinci ani de analiză intensă a datelor, oamenii de știință au identificat probleme precum interacțiunile electronilor dintre sfere și carcase și au scăzut acele forțe din măsurători. În mai 2011, echipa a anunțat valori pentru efectele geodezice și de tragere a cadrului care sunt în concordanță cu predicțiile relativității generale (SN: 21.5.11, str. 5). Confirmarea tragerii cadrului, care a fost măsurată cu mare precizie doar de un alt experiment (SN: 27.11.04, str. 348), exclude unele modificări propuse ale relativității generale și îi ajută pe fizicieni să prezică condițiile din jurul găurilor negre care se rotesc rapid. „Cred că toți considerăm misiunea un succes”, spune John Conklin, om de știință și inginer aerospațial la Universitatea din Florida din Gainesville.

Pentru Saulson, unele dintre cele mai interesante materiale din noile lucrări discută despre proiectarea instrumentelor. Asta pentru că pendulele de cuarț de 40 de kilograme din experimentul său actual, Advanced LIGO, au fost construite folosind o tehnică de legare dezvoltată de echipa Gravity Probe B. Cele două detectoare în formă de L ale experimentului, care tocmai au început să colecteze date în septembrie, caută unde gravitaționale: ondulații în spațiu-timp prezise și de teoria lui Einstein.