Pelo princípio da equivalência de Einstein (que impõe que um campo gravitacional homogêneo seja indistinguível de um campo com aceleração constante), o campo gravitacional fornece a mesma aceleração a diferentes massas num mesmo lugar. O único efeito observável produzido por uma onda gravitacional são acelerações relativas de massas em lugares diferentes ao mesmo tempo.

Um detetor deve ter várias massas em lugares diferentes e um modo de medir a aceleração dessas massas. Na figura 1, vê-se o efeito de uma onda gravitacional passando perpendicularmente ao papel ao atravessar um anel de massas. A numeração embaixo refere-se à fase da oscilação das massas e pode ser calculada pela freqüência multiplicada pelo tempo e por 2p. Existem duas polarizações (modos de vibração) possíveis, defasadas de um ângulo de 45º chamadas de h-mais e h-cruz.

Figura 1: Distorção de um anel com massas de teste durante a passagem de um ciclo de uma onda gravitacional.

Atualmente existem duas técnicas principais para a detecção do movimento das massas causada pela passagem das ondas gravitacionais: antenas por interferométria laser e antenas de massas ressonantes.

Os interferômetros a laser funcionam pela medição da distância entre duas massas que estão separadas por grandes distâncias através do efeito de interferometria laser. Cada massa tem acoplado a ela um espelho que reflete um mesmo feixe de laser que foi dividido em duas partes iguais e que depois é recombinado, criando um padrão de interferência. Caso haja mudança na posição das massas, haverá uma mudança no padrão de interferência e, a partir dessa mudança, a intensidade da onda pode ser medida. Por causa do seu princípio de funcionamento, essa técnica tem a propriedade de banda larga, ou seja, é sensível a ondas gravitacionais num espectro grande de freqüências, numa faixa desde poucas dezenas de hertz a poucos milhares de hertz (para mais detalhes veja o site www.ligo.caltech.edu).

O detetor brasileiro faz parte do grupo de detetores denominados de massa ressonante, estes fazem uso de uma grande massa distribuída pelo volume ocupado pela antena. No caso do nosso detetor, uma esfera de 65 cm de diâmetro. Diferentes regiões da antena são conectadas pelas forças elásticas de um corpo sólido. A antena começa a vibrar quando da passagem da onda gravitacional, mas isso não é suficiente para que a onda seja identificada, pois qualquer sensor de movimento colocado na superfície da esfera se moveria exatamente junto com a superfície da antena, não sentindo a passagem da onda gravitacional. A observação da onda ocorre porque ela tem a mesma freqüência de um dos modos de vibração da antena; em outras palavras, a freqüência é ressonante. Se isso ocorre, parte da energia da onda gravitacional é transferida para a antena e esta continua a vibrar mesmo após a passagem da onda.

O DETETOR "MÁRIO SCHENBERG"

O grupo proponente do projeto "Gráviton" é composto por pesquisadores do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), do Instituto de Física da USP (Universidade de São Paulo), da Universidade de Leiden (Holanda), do CEFETSP (Centro Federal de Educação Tecnológica de São Paulo), da UNIBAN (Universidade Bandeirante) e do ITA (Instituto Tecnológico da Aeronáutica); nomeia o detetor em homenagem ao físico brasileiro Mário Schenberg (1914-1990).

Este detetor faz parte de uma rede com outros dois detetores, um a ser montado na Holanda, chamado de miniGrail, e outro a ser montado na Itália, chamado de Sfera. Essa parceria com outros detetores forma o projeto Ômega. O funcionamento de três detetores similares, operando na mesma faixa de freqüências, é necessário para cancelar a presença de sinais falsos causados por vibrações locais e mesmo eventos térmicos que ocorrem pela antena não estar na temperatura do zero absoluto.

Nas fases seguintes do projeto "Gráviton" estão previstas a construção de dois outros detetores: o "Newton", que terá o dobro do tamanho do "Schenberg" e, portanto, metade da freqüência, pesando 9 toneladas; e o "Einstein", que será ainda maior, com 3 metros de diâmetro, e pesará 100 toneladas. Cada versão significa um desafio, tanto na construção como no resfriamento.

Na figura 2 vê-se o projeto do detetor "Schenberg", original do projeto "Gráviton", mostrada na revista FAPESP Pesquisa nº 61.

GARRAFA TÉRMICA

Os desafios da construção começam com a fundição da liga de cobre-alumínio, que foi escolhida por apresentar uma densidade alta, uma alta condutividade térmica (que facilita o resfriamento) e, sobretudo, um fator de qualidade mecânica elevado (característica definida pela energia perdida em cada vibração dividida pela energia total da vibração, ou seja, quanto maior a qualidade mecânica de um sino, mais tempo este continuaria vibrando), que é fundamental para diferenciar o sinal da onda gravitacional de um sinal térmico. Mas fundir um objeto como esse envolve dificuldades como o aparecimento de defeitos que diminuem sobremaneira o fator de qualidade mecânico. Uma solução encontrada pela empresa brasileira que irá fundir todas as esferas de 65 cm foi fundir blocos no formato de cilindros, em que eventuais defeitos tendem a se deslocar para a parte superior, onde serão cortados fora.

Também o resfriamento de uma peça de mais de uma tonelada a essa temperatura requer tecnologia avançada e será a maior massa do mundo resfriada a essa temperatura.

Já pensando nos detetores maiores, que requerem um tempo muito maior para serem resfriados, o detetor será confinado numa espécie de garrafa térmica gigante e banhado por gás hélio. O gás será forçado a circular, o que propiciará que a temperatura de operação seja atingida em três dias e meio. Para o "Einstein" o tempo estimado de resfriamento já passa para cerca de um mês. Apesar de seu custo estar estimado em US$ 7 milhões, deverá ser cem vezes mais sensível do que o "Schenberg" em temperatura