Det svage ækvivalensprincip er en kritisk komponent i den generelle relativitetsteori. Princippet antyder, at objekter i et gravitationsfelt falder på samme måde, når ingen andre kræfter virker på dem, selvom de har forskellig masse eller sammensætning.
I en ny undersøgelse testede et hold videnskabsmænd princippet ved at måle accelerationer af frit faldende objekter i en satellit, der kredser om Jorden. De fandt ud af, at accelerationerne af par af objekter var forskellige med omkring en del ud af 1015 at udelukke enhver overtrædelse af det svage ækvivalensprincip eller afvigelser fra den nuværende forståelse af generel relativitet på det niveau.
Rapporten beskriver de endelige resultater af MIKROSKOP-missionen.
Gilles Métris, en videnskabsmand ved Côte d'Azur Observatory og medlem af MICROSCOPE-teamet, sagde: "Vi har nye og meget bedre begrænsninger for enhver fremtidig teori, fordi disse teorier ikke må krænke ækvivalensprincippet på dette niveau."
I deres eksperiment målte forskere Eötvös-forholdet til ekstrem høj præcision, som relaterer sig til accelerationerne af to fritfaldende objekter. Hvis der er en forskel i objekternes accelerationer med mere end én del i 1015, ville eksperimentet måle det og opdage denne krænkelse af WEP.
For at måle Eötvös-forholdet overvågede forskerne accelerationerne af testmasser af platin og titanlegering, da de kredsede om Jorden i MICROSCOPE-satellitten. Det eksperimentelle instrument brugte elektrostatiske kræfter til at holde par af testmasser i samme position i forhold til hinanden. Den ledte efter potentielle forskelle i disse kræfter, hvilket indikerer forskelle i objekternes accelerationer.
Manuel Rodrigues, en videnskabsmand ved det franske rumfartslaboratorium ONERA og medlem af MICROSCOPE-teamet, sagde, "en stor udfordring ved eksperimentet var at finde måder at teste instrumentet på Jorden for at sikre, at det ville fungere som designet i rummet. Vanskeligheden er, at det instrument, vi lancerer, ikke kan fungere på jorden. Så det er en slags blindtest.”
Holdets arbejde baner vejen for satellitforskning for at teste WEP endnu mere præcist. Deres forskning omfatter anbefalinger til at forbedre de eksperimentelle omgivelser, såsom at minimere satellitbelægningsknaster, der hæmmede accelerationsmålinger, og udskiftning af ledninger til kontaktløse enheder.
Et satelliteksperiment, der implementerer disse opgraderinger, burde være i stand til at måle potentielle overtrædelser af WEP på niveauet for en del ud af 1017, siger forskerne. Men MIKROSKOP-resultaterne vil sandsynligvis forblive de mest præcise begrænsninger på WEP i et stykke tid.
Journal Reference:
- Pierre Touboul et al. MIKROSKOP Mission: Endelige resultater af testen af ækvivalensprincippet. Fys. Lett. 129. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.121102
