Kryogene testprober Einsteins ækvivalensprincip, generel relativitetsteori, og rumtiden skum

(Phys.org) - Fysikere har udført en test designet til at undersøge virkningerne af universets ekspansion - i håb om at besvare spørgsmål som "påvirker udvidelsen af ​​universet laboratorieforsøg?", "kan denne udvidelse ændre længden af ​​faste genstande og tiden målt af atomure anderledes, i strid med Einsteins ækvivalensprincip? ", og "har rumtiden en skumlignende struktur, der ændrer fotons hastighed lidt over tid?", en idé, der kunne kaste lys over sammenhængen mellem generel relativitet og kvantegravitation.

I deres undersøgelse offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , E. Wiens, A.Yu. Nevsky, og S. Schiller ved Heinrich Heine Universität Düsseldorf i Tyskland har brugt en kryogen resonator til at foretage nogle af de mest præcise målinger endnu på længdestabiliteten af ​​et fast objekt. Samlet set, resultaterne giver yderligere bekræftelse af Einsteins ækvivalensprincip, som er det fundament, som teorien om generel relativitet er baseret på. Og i overensstemmelse med tidligere eksperimenter, forskerne fandt ingen tegn på rumtidsskum.

"Det er ikke let at forestille sig måder at teste for konsekvenser af universets udvidelse, der sker i laboratoriet (i modsætning til at studere fjerne galakser), "Fortalte Schiller Phys.org . "Vores tilgang er en måde at udføre en sådan test på. At vi ikke har observeret nogen effekt er i overensstemmelse med forudsigelsen af ​​generel relativitet."

I løbet af fem måneder, forskerne lavede daglige målinger af resonatorens længde ved at måle frekvensen af ​​en elektromagnetisk bølge fanget i den. For at undertrykke al termisk bevægelse, forskerne betjente resonatoren ved kryogen temperatur (1,5 grader over absolut nul). Ud over, ydre forstyrrelser, såsom tilt, bestråling med laserlys, og nogle andre effekter, der kunne destabilisere enheden, blev holdt så små som muligt.

For at måle resonatorens frekvens, forskerne brugte et atomur. Enhver ændring i frekvens vil indikere, at ændringen i resonatorens længde adskiller sig fra ændringen i tid målt ved atomuret.

Forsøget opdagede stort set ingen ændring i frekvens, eller "zero drift" - mere præcist, den gennemsnitlige fraktionsdrift blev målt til at være omkring 10 ^-20 /sekund, svarende til et fald i længden, som forskerne beskriver som svarende til at deponere ikke mere end ét lag molekyler på resonatorens spejle over en periode på 3000 år. Denne drift er den mindste værdi, der er målt hidtil for enhver resonator.

En af de vigtigste implikationer af nulresultatet er, at det giver yderligere støtte til ækvivalensprincippet. Formuleret af Einstein i begyndelsen af ​​1900'erne, ækvivalensprincippet er tanken om, at tyngdekraft og acceleration-såsom den acceleration, en person ville føle i en opadgående accelerator i rummet-er ækvivalente.

Dette princip fører til flere relaterede begreber, hvoraf den ene er lokal position invariance, der siger, at fysikkens ikke-gravitationslove (f.eks. elektromagnetisme) er de samme overalt. I det nuværende forsøg, enhver mængde resonansdrift ville have krænket lokal positioninvarians. På samme måde, enhver mængde af resonansdrift ville også have krænket den generelle relativitetsteori, da generel relativitet forbyder ændringer i længden af ​​faste objekter forårsaget af universets ekspansion.

Endelig, forsøget forsøgte også at opdage den hypotetiske eksistens af rumtiden skum. En af virkningerne af rumtidsskum ville være, at gentagne målinger af en længde ville give fluktuerende resultater. De konstante måleresultater rapporteret her indikerer derfor, at sådanne udsving, hvis de overhovedet eksisterer, skal være meget lille.

I fremtiden, forskerne håber, at den ekstremt præcise måleteknik ved hjælp af den kryogene resonator kan bruges til andre applikationer.

"Et af de største resultater af dette arbejde er, at vi har udviklet en tilgang til at lave og betjene en optisk resonator, der har ekstremt lille drift, "Sagde Schiller." Dette kan have anvendelser inden for atomure og præcisionsmålinger - f.eks. til radarsporing af rumfartøjer i dybt rum. "

© 2017 Phys.org