مطالعه دقیق ترین آزمون اصل هم ارزی ضعیف نسبیت عام را ارائه می دهد

اصل هم ارزی ضعیف یکی از اجزای حیاتی نظریه نسبیت عام است. این اصل نشان می دهد که اجسام در یک میدان گرانشی به طور مشابه زمانی سقوط می کنند که هیچ نیروی دیگری بر آنها وارد نمی شود، حتی اگر جرم یا ترکیب متفاوتی داشته باشند.

در یک مطالعه جدید، تیمی از دانشمندان این اصل را با اندازه گیری شتاب اجرام در حال سقوط آزاد در ماهواره ای که به دور زمین می چرخد، آزمایش کردند. آنها دریافتند که شتاب جفت اجسام تقریباً یک قسمت در 10 متفاوت است¹⁵ رد هرگونه نقض اصل هم ارزی ضعیف یا انحراف از درک فعلی نسبیت عام در آن سطح 

این گزارش نتایج نهایی ماموریت MICROSCOPE را تشریح می کند.

ژیل متریس، دانشمند رصدخانه کوت دازور و عضو تیم MICROSCOPE، ​​گفت: ما محدودیت های جدید و بسیار بهتری برای هر نظریه آینده داریم زیرا این نظریه ها نباید اصل هم ارزی را در این سطح نقض کنند.

در آزمایش خود، دانشمندان نسبت Eötvös را به دقت بسیار بالا، که به شتاب دو جسم در حال سقوط آزاد مربوط می شود، اندازه گیری کردند. اگر در شتاب اجسام بیش از یک قسمت در 1015 تفاوت وجود داشته باشد، آزمایش آن را اندازه گیری می کند و این نقض WEP را تشخیص می دهد.

برای اندازه‌گیری نسبت Eötvös، دانشمندان شتاب‌های جرم‌های آزمایشی پلاتین و آلیاژ تیتانیوم را در حین چرخش به دور زمین در ماهواره MICROSCOPE زیر نظر گرفتند. ابزار آزمایشی از نیروهای الکترواستاتیکی برای نگه داشتن جفت جرم های آزمایشی در یک موقعیت نسبت به یکدیگر استفاده کرد. به دنبال تفاوت‌های بالقوه در این نیروها بود که نشان‌دهنده تفاوت در شتاب‌های اجسام است.

مانوئل رودریگز، دانشمند آزمایشگاه هوافضای فرانسوی ONERA و عضو تیم MICROSCOPE، گفت:, یکی از چالش‌های اصلی این آزمایش، یافتن راه‌هایی برای آزمایش این ابزار بر روی زمین برای اطمینان از عملکرد آن در فضا بود. مشکل این است که ابزاری که ما راه اندازی می کنیم نمی تواند روی زمین کار کند. بنابراین این یک نوع آزمون کور است.»

کار این تیم مسیری را برای تحقیقات ماهواره ای ایجاد می کند تا WEP را با دقت بیشتری آزمایش کنند. تحقیقات آنها شامل توصیه هایی برای بهبود تنظیمات آزمایشی است، مانند به حداقل رساندن ترک های پوشش ماهواره ای که اندازه گیری شتاب را مختل می کند و تعویض سیم ها با دستگاه های بدون تماس.

یک آزمایش ماهواره ای که این ارتقاء را اجرا می کند باید بتواند نقض بالقوه WEP را در سطح یک قسمت از 10 اندازه گیری کند.¹⁷محققان می گویند. اما نتایج MICROSCOPE احتمالا برای مدتی دقیق ترین محدودیت ها در WEP باقی خواهند ماند.

مرجع مجله:

1. پیر توبول و همکاران ماموریت میکروسکوپ: نتایج نهایی آزمون اصل هم ارزی. فیزیک کشیش لت. 129. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.121102