Uma das suposições mais básicas da física fundamental é que as diferentes propriedades da massa – peso, inércia e gravitação – sempre permanecem as mesmas em relação umas às outras. Sem essa equivalência, a teoria da relatividade de Einstein seria contrariada e nossos atuais livros de física teriam de ser reescritos. Embora todas as medições até o momento confirmem o princípio da equivalência, a teoria quântica postula que deve haver uma violação.

Essa inconsistência entre a teoria gravitacional de Einstein e a teoria quântica moderna é a razão pela qual testes cada vez mais precisos do princípio da equivalência são particularmente importantes. Uma equipe do Centro de Tecnologia Espacial Aplicada e Microgravidade (ZARM) da Universidade de Bremen, em colaboração com o Instituto de Geodésia (IfE) da Universidade Leibniz de Hannover, conseguiu provar com 100 vezes mais precisão que a massa gravitacional passiva e a massa ativa massa gravitacional são sempre equivalentes - independentemente da composição particular das respectivas massas.

A pesquisa foi realizada no âmbito do Cluster de Excelência "QuantumFrontiers". Hoje, a equipe publicou suas descobertas como um artigo de destaque na Physical Review Letters .

A massa inercial resiste à aceleração. Por exemplo, faz com que você seja empurrado para trás em seu assento quando o carro liga. A massa gravitacional passiva reage à gravidade e resulta em nosso peso na Terra. A massa gravitacional ativa refere-se à força de gravidade exercida por um objeto, ou mais precisamente, ao tamanho de seu campo gravitacional.

A equivalência dessas propriedades é fundamental para a relatividade geral. Portanto, tanto a equivalência de massa gravitacional inercial e passiva quanto a equivalência de massa gravitacional passiva e ativa estão sendo testadas com precisão crescente.

Se assumirmos que as massas gravitacionais passiva e ativa não são iguais – que sua proporção depende do material – então objetos feitos de materiais diferentes com um centro de massa diferente iriam se acelerar. Como a lua consiste em uma casca de alumínio e um núcleo de ferro, com centros de massa deslocados um contra o outro, a lua deveria acelerar. Essa mudança hipotética na velocidade pode ser medida com alta precisão, via "Lunar Laser Ranging".

Isso envolve apontar lasers da Terra para refletores na lua colocados lá pelas missões Apollo e pelo programa soviético Luna. Desde então, os tempos de viagem de ida e volta dos feixes de laser são registrados. A equipe de pesquisa analisou os dados "Lunar Laser Ranging" coletados durante um período de 50 anos, de 1970 a 2022, e investigou esses efeitos de diferença de massa.

Como nenhum efeito foi encontrado, isso significa que as massas gravitacionais passiva e ativa são iguais a aproximadamente 14 casas decimais. Essa estimativa é cem vezes mais precisa do que o melhor estudo anterior, datado de 1986.

O Instituto de Geodésia do LUH – um dos quatro únicos centros em todo o mundo que analisam as medições de distância a laser até a lua – tem experiência única na avaliação dos dados, principalmente para testar a relatividade geral. No estudo atual, o instituto analisou as medições do Lunar Laser Ranging, incluindo análise de erros e interpretação dos resultados.