Ezúttal ez volt az általános relativitás gravitációs vöröseltolódásának része; és a szigorúság? Megdöbbentő jobban, mint az egy részben a 100 millióban!
Hogyan érte el Steven Chu (az amerikai energiaügyi titkár, bár ezt a munkát a Kaliforniai Berkeley Egyetemen töltötték), Holger Müler (Berkeley) és Achim Peters (a berlini Humboldt Egyetem) legyőzte az előző legjobb gravitációs vöröseltolódási tesztet ( 1976, két atomórával - az egyiket a Föld felületén, a másikat 10 000 km magasságig küldték el rakéta útján - egy megdöbbentő 10 000-szer?
Kihasználva a hullám-részecskék kettősségét és a szuperpozíciót egy atominterferométerben!
Erről a számról
: Az atominterferométer működésének vázlata. A két atom pályáját az idő függvényében ábrázoljuk. Az atomok gyorsulnak a gravitáció miatt, és az oszcillációs vonalak az anyaghullámok fázisfelhalmozódását ábrázolják. Nyilak jelzik a három lézerimpulzus idejét. (Udvariasság: Természet).
A gravitációs vöröseltolódás az általános relativitáselmélet alapjául szolgáló ekvivalencia elvének elkerülhetetlen következménye. Az ekvivalencia elve kimondja, hogy a gravitáció helyi hatásai megegyeznek a gyorsított referenciakeretben levőkkel. Tehát a felfelé irányuló erő, amelyet valaki a liften érez, ugyanúgy oka lehet a felvonó felfelé gyorsulásának vagy a gravitációnak. A felvonó emeleti órájáról felfelé küldött fényimpulzusok vöröseltolódnak, amikor a felvonó felfelé gyorsul, vagyis ez az óra úgy tűnik, hogy lassabban ketyeg, ha villogásait a felvonó mennyezetén összehasonlítják egy másik órával. Mivel a gravitációt és a gyorsulást nem lehet megkülönböztetni egymástól, ugyanez igaz a gravitációs mezőben is; más szavakkal: minél nagyobb az óra által tapasztalt gravitációs vonzódás, vagy minél közelebb van egy hatalmas testhez, annál lassabban fog bepattanni.
Ennek a hatásnak a megerősítése alátámasztja azt az elképzelést, hogy a gravitáció geometria - az űridő görbületének megnyilvánulása -, mivel az idő áramlása már nem állandó az univerzum egészében, hanem a hatalmas testek eloszlása szerint változik. A téridő-görbület gondolatának feltárása fontos a kvantum gravitáció különféle elméleteinek megkülönböztetésekor, mivel vannak olyan vonalelméleti verziók, amelyekben az anyag képes reagálni valami másra, mint a téridő geometriája.
A gravitációs vöröseltolódás azonban a helyi helyzet invariancia megnyilvánulásaként (az a gondolat, hogy minden nem gravitációs kísérlet eredménye független attól, hogy az univerzumban hol és mikor kerül sor) a legkevésbé igazolható a három kísérlet típus közül, amelyek támogassa az egyenértékűség elvét. A másik kettőt - a szabad leesés egyetemességét és a Lorentz helyi invarianciáját - 10-es pontossággal ellenőriztük-13 vagy annál jobb, míg a gravitációs vöröseltolódást korábban csak 7 × 10 pontossággal megerősítették-5.
1997-ben a Peters a Chu által kifejlesztett lézeres csapdázási technikákat alkalmazta cézium-atomok elfogására és néhány fokos K fokra hűtésére (annak érdekében, hogy azok sebességét a lehető legnagyobb mértékben csökkentsék), majd függőleges lézersugarat használt felfelé történő rúgáshoz. az atomokhoz a gravitációs szabad esés mérésére.
Most, Chu és Müller újraértelmezte a kísérlet eredményeit, hogy megmérje a gravitációs vöröseltolódást.
A kísérletben az atomokat három lézerimpulzusnak tettük ki. Az első impulzus az atomot két ugyanolyan valószínűségű állapot szuperpozíciójába helyezte - vagy hagyva egyedül, hogy lassuljon, majd gravitációs húzás hatására visszaesjen a Földre, vagy adjon neki egy extra rúgást, így a lesüllyedés előtt nagyobb magasságot ért el. Ezután egy második impulzust adtunk a megfelelő pillanatban annak érdekében, hogy az atom a második állapotban gyorsabban visszatérjen a Föld felé, aminek eredményeként a két szuperpozíciós állapot lefelé úton találkozik. Ezen a ponton a harmadik impulzus mérte az atom létezése által hullámként bevezetett két állam közötti interferenciát, azzal az elképzeléssel, hogy a gravitációs vöröseltolódás bármilyen különbsége, amelyet a Föld felszíne felett eltérő magasságban létező két állam tapasztal, a két állam relatív fázisának változása.
Ennek a megközelítésnek az alapja a cézium atom de Broglie hullámának rendkívül magas frekvenciája - körülbelül 3 × 1025Hz. Bár a 0,3 másodperces szabad esés során az anyag hullámai a magasabb pályán mindössze 2 × 10 volt-20Több mint az alsó pályán a hullámok, az oszcilláció hatalmas frekvenciája, azzal a képességgel, hogy 1000-ben csak egy rész amplitúdó-különbségét mérhetik, azt jelentette, hogy a kutatók képesek voltak megerősíteni a gravitációs vöröseltolódást 7 × 10 pontossággal.-9.
Müller szerint: „Ha a szabad esés idejét a világegyetem korszakára - 14 milliárd évre - meghosszabbítanánk, a felső és az alsó út közötti időeltolódás csupán másodperces ezred másodperc lenne, és a mérés pontossága legyen 60 ps, az az idő, amíg a fény kb.
Müller azt reméli, hogy tovább javítja a vöröseltolódás mérésének pontosságát azáltal, hogy megnöveli a cézium-atomok két szuperpozíciós állapota közötti távolságot. A jelenlegi kutatás során elért távolság mindössze 0,1 mm volt, de azt mondja, hogy ennek 1 m-re történő növelésével lehetővé kell tenni a gravitációs hullámok kimutatását, amelyet az általános relativitáselmélet előre jelez, de még nem figyel meg közvetlenül.
Források: Fizika Világ; a cikk a Nature 2010. február 18-i számában található
