В новых исследованиях, опубликованных в Письма с физическим обзором и специальный выпуск Классическая и квантовая гравитация 14 сентября группа исследователей представит самую точную на сегодняшний день проверку принципа слабой эквивалентности, ключевого компонента общей теории относительности. В отчете описываются окончательные результаты миссии MICROSCOPE, в ходе которой был протестирован принцип путем измерения ускорений свободно падающих объектов на спутнике, вращающемся вокруг Земли. Команда обнаружила, что ускорения пар объектов различались не более чем примерно на одну часть из 1015 исключая любые нарушения принципа слабой эквивалентности или отклонения от текущего понимания общей теории относительности на этом уровне.
"У нас есть новые и гораздо лучшие ограничения для любой будущей теории, потому что эти теории не должны нарушать принцип эквивалентности на этом уровне", - говорит Жиль Метрис, ученый из обсерватории Лазурного Берега и член команды МИКРОСКОПА.
Общая теория относительности, опубликованная Альбертом Эйнштейном в 1915 году, описывает, как работает гравитация и как она соотносится со временем и пространством. Но поскольку она не учитывает наблюдения квантовых явлений, исследователи ищут отклонения от теории на возрастающих уровнях точности и в различных ситуациях. Такие нарушения предполагали бы новые взаимодействия или силы, которые могли бы объединить теорию относительности с квантовой физикой. Проверка принципа слабой эквивалентности (WEP) - это один из способов поиска потенциальных расширений общей теории относительности.
Согласно WEP, объекты в гравитационном поле падают одинаково, когда на них не действуют никакие другие силы, даже если они имеют разную массу или состав. Чтобы проверить этот принцип, команда МИКРОСКОПИСТОВ разработала свой эксперимент по измерению коэффициента Этвеша, который связывает ускорения двух свободно падающих объектов, с чрезвычайно высокой точностью. Если ускорение одного объекта отличается от ускорения другого более чем примерно на одну часть из 1015, эксперимент измерил бы это и обнаружил бы это нарушение WEP.
Чтобы измерить коэффициент Этвеша, исследователи отслеживали ускорения тестовых масс из платиновых и титановых сплавов, когда они вращались вокруг Земли на спутнике MICROSCOPE. В экспериментальном приборе использовался электростатический
силы, чтобы удерживать пары тестовых масс в одном и том же положении относительно друг друга, и искали потенциальные различия в этих силах, которые указывали бы на различия в ускорениях объектов.
Главной задачей эксперимента было найти способы протестировать прибор на Земле, чтобы убедиться, что он будет работать так, как задумано в космосе. "Трудность заключается в том, что прибор, который мы запускаем, не может работать на земле", - говорит Мануэль Родригес, ученый из французской аэрокосмической лаборатории ONERA и член команды МИКРОСКОПА. "Так что это своего рода слепой тест".
Как только инструмент был готов, команда запустила его в 2016 году. Они опубликовали предварительные результаты в 2017 году, но продолжили анализировать данные, учитывая сбои и систематические неопределенности, после завершения миссии в 2018 году. В конечном счете они не обнаружили нарушения WEP, установив самые строгие ограничения на данный момент.
Работа команды прокладывает путь для еще более точных испытаний WEP с помощью спутниковых экспериментов. Их анализ включает в себя способы улучшения экспериментальной установки, такие как уменьшение трещин в покрытии спутников, которые повлияли на измерения ускорения, и замена проводов в установке бесконтактными устройствами. Спутниковый эксперимент, который реализует эти обновления, должен быть способен измерять потенциальные нарушения WEP на уровне одной части из 1017, говорят исследователи. Но результаты микроскопа, вероятно, какое-то время будут оставаться наиболее точными ограничениями для WEP.
"По крайней мере, в течение одного десятилетия, а может быть, и двух, мы не видим никаких улучшений в эксперименте с космическим спутником", - говорит Родригес.
Комментарии