Svagt ækvivalensprincip krænket i gravitationsbølger

Det svage ækvivalensprincip (WEP) er et nøgleaspekt af klassisk fysik. Den siger, at når partikler er i frit fald, de baner, de følger, er fuldstændig uafhængige af deres masser. Imidlertid, det er endnu ikke klart, om denne egenskab også gælder inden for det mere komplekse felt af kvantemekanik. I ny forskning offentliggjort i EPJ C , James Quach ved University of Adelaide, Australien, beviser teoretisk, at WEP kan krænkes af kvantepartikler i gravitationsbølger - krusningerne i rumtiden forårsaget af kolossale begivenheder såsom sammensmeltning af sorte huller.

Ud over at løse en langvarig debat inden for kvanteteori, Quachs resultater kan føre til udvikling af avancerede nye materialer, inklusive væsker med uendelig ledningsevne og nul viskositet. Disse kunne bruges som avancerede gravitationsbølgedetektorer og kan endda føre til enheder, der kan spejle gravitationsbølger og høste deres energi. Quach baserede sin tilgang på et princip kaldet 'Fisher information' - en måde at måle, hvor meget information en observerbar tilfældig variabel bærer om en bestemt ukendt parameter. Her, den stokastiske variabel beskriver en kvantepartikels position i et gravitationsfelt, mens den ukendte parameter er dens masse. Hvis WEP blev overholdt, Fisher-oplysningerne skal være nul i dette tilfælde.

Gennem sine beregninger, Quach omskrev en ligning, der beskriver WEP'et for frit faldende kvantepartikler, at inkorporere deres Fisher-oplysninger. Han viste, at mens disse partikler adlyder WEP i statiske gravitationsfelter, deres baner kan faktisk give oplysninger om deres masse, når de passerer gennem gravitationsbølger. For første gang, beregningen karakteriserer præcist, hvordan WEP kan krænkes af kvantepartikler, og giver nøgleindsigt til fremtidige undersøgelser, der søger efter krænkelsen gennem rigtige eksperimenter.