Das schwache Äquivalenzprinzip ist ein wichtiger Bestandteil der Allgemeinen Relativitätstheorie. Das Prinzip besagt, dass Objekte in einem Gravitationsfeld ähnlich fallen, wenn keine anderen Kräfte auf sie einwirken, selbst wenn sie unterschiedliche Massen oder Zusammensetzungen haben.
In einer neuen Studie testete ein Team von Wissenschaftlern das Prinzip, indem es Beschleunigungen von frei fallenden Objekten in einem Satelliten maß, der die Erde umkreist. Sie fanden heraus, dass sich die Beschleunigungen von Objektpaaren um etwa einen Teil von 10 unterschieden15 Ausschluss von Verstößen gegen das schwache Äquivalenzprinzip oder Abweichungen vom aktuellen Verständnis generelle Relativität auf dieser Ebene.
Der Bericht beschreibt die Endergebnisse der MICROSCOPE-Mission.
Gilles Métris, Wissenschaftler am Côte d'Azur Observatorium und Mitglied des MICROSCOPE-Teams, sagte: „Wir haben neue und viel bessere Einschränkungen für jede zukünftige Theorie, weil diese Theorien das Äquivalenzprinzip auf dieser Ebene nicht verletzen dürfen.“
In ihrem Experiment maßen die Wissenschaftler mit extrem hoher Präzision das Eötvös-Verhältnis, das sich auf die Beschleunigungen zweier frei fallender Objekte bezieht. Wenn sich die Beschleunigungen der Objekte um mehr als einen Teil von 1015 unterscheiden, würde das Experiment dies messen und diese Verletzung des WEP erkennen.
Um das Eötvös-Verhältnis zu messen, überwachten die Wissenschaftler die Beschleunigungen von Testmassen aus Platin- und Titanlegierungen, als sie die Erde im MICROSCOPE-Satelliten umkreisten. Das experimentelle Instrument nutzte elektrostatische Kräfte, um Testmassenpaare in der gleichen Position relativ zueinander zu halten. Es suchte nach möglichen Unterschieden in diesen Kräften, was auf Unterschiede in den Beschleunigungen der Objekte hinweist.
Manuel Rodrigues, Wissenschaftler am französischen Luft- und Raumfahrtlabor ONERA und Mitglied des MICROSCOPE-Teams, sagte, „Eine große Herausforderung des Experiments bestand darin, Wege zu finden, das Instrument auf der Erde zu testen, um sicherzustellen, dass es im Weltraum wie vorgesehen funktioniert. Die Schwierigkeit besteht darin, dass das Instrument, das wir starten, nicht am Boden funktionieren kann. Es ist also eine Art Blindtest.“
Die Arbeit des Teams ebnet den Weg für die Satellitenforschung, um das WEP noch genauer zu testen. Ihre Forschung umfasst Empfehlungen zur Verbesserung des experimentellen Umfelds, wie z. B. die Minimierung von Kratzern in der Satellitenbeschichtung, die Beschleunigungsmessungen behinderten, und den Austausch von Drähten gegen kontaktlose Geräte.
Ein Satellitenexperiment, das diese Upgrades implementiert, sollte in der Lage sein, potenzielle Verletzungen des WEP auf der Ebene von einem Teil von 10 zu messen17, sagen die Forscher. Aber die MICROSCOPE-Ergebnisse werden wahrscheinlich für eine Weile die genauesten Einschränkungen für das WEP bleiben.
Journal Referenz:
- Pierre Touboulet al. MICROSCOPE-Mission: Endergebnisse des Tests des Äquivalenzprinzips. Physik. Rev. Lett. 129. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.121102
