Het zwakke gelijkwaardigheidsprincipe is een cruciaal onderdeel van de algemene relativiteitstheorie. Het principe suggereert dat objecten in een zwaartekrachtveld op dezelfde manier vallen als er geen andere krachten op inwerken, zelfs als ze een verschillende massa of samenstelling hebben.
In een nieuwe studie testte een team van wetenschappers het principe door de versnellingen te meten van vrij vallende objecten in een satelliet die in een baan om de aarde draait. Ze ontdekten dat de versnellingen van paren objecten ongeveer één op de tien verschilden15 het uitsluiten van schendingen van het Zwakke Equivalentieprincipe of afwijkingen van de huidige opvatting ervan algemene relativiteitstheorie op dat niveau.
Het rapport beschrijft de eindresultaten van de MICROSCOPE-missie.
Gilles Métris, een wetenschapper aan het Côte d'Azur Observatorium en lid van het MICROSCOPE-team, zei: “We hebben nieuwe en veel betere beperkingen voor elke toekomstige theorie, omdat deze theorieën het gelijkwaardigheidsprincipe op dit niveau niet mogen schenden.”
In hun experiment hebben wetenschappers de Eötvös-verhouding gemeten met extreem hoge precisie, die betrekking heeft op de versnellingen van twee vrij vallende objecten. Als er in 1015 een verschil is in de versnellingen van de objecten met meer dan één deel, zou het experiment dit meten en deze schending van de WEP detecteren.
Om de Eötvös-ratio te meten, volgden de wetenschappers de versnellingen van testmassa's van platina- en titaniumlegeringen terwijl ze in de MICROSCOPE-satelliet rond de aarde draaiden. Het experimentele instrument gebruikte elektrostatische krachten om paren testmassa's in dezelfde positie ten opzichte van elkaar te houden. Er werd gezocht naar potentiële verschillen in deze krachten, wat duidde op verschillen in de versnellingen van de objecten.
Manuel Rodrigues, een wetenschapper bij het Franse lucht- en ruimtevaartlaboratorium ONERA en lid van het MICROSCOPE-team, zei, “Een grote uitdaging van het experiment was het vinden van manieren om het instrument op aarde te testen om er zeker van te zijn dat het zou werken zoals ontworpen in de ruimte. De moeilijkheid is dat het instrument dat we lanceren niet op de grond kan functioneren. Het is dus een soort blinde test.”
Het werk van het team baant de weg voor satellietonderzoek om het WEP nog nauwkeuriger te testen. Hun onderzoek omvat aanbevelingen voor het verbeteren van de experimentele setting, zoals het minimaliseren van het gekraak van satellietcoatings dat versnellingsmetingen belemmerde en het vervangen van draden voor contactloze apparaten.
Een satellietexperiment dat deze upgrades implementeert, zou potentiële schendingen van het WEP moeten kunnen meten op het niveau van één op de tien17, zeggen de onderzoekers. Maar de MICROSCOPE-resultaten zullen waarschijnlijk nog een tijdje de meest precieze beperkingen voor het WEP blijven.
Journal Reference:
- Pierre Touboul et al. MICROSCOOP Missie: Eindresultaten van de test van het gelijkwaardigheidsbeginsel. Fys. ds. Lett. 129. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.121102
