Det svake ekvivalensprinsippet er en kritisk komponent i den generelle relativitetsteorien. Prinsippet antyder at objekter i et gravitasjonsfelt faller på samme måte når ingen andre krefter virker på dem, selv om de har ulik masse eller sammensetning.
I en ny studie testet et team av forskere prinsippet ved å måle akselerasjoner av frittfallende objekter i en satellitt som kretser rundt jorden. De fant at akselerasjonene til gjenstandspar var forskjellig med omtrent en del av 1015 utelukke eventuelle brudd på svak ekvivalensprinsippet eller avvik fra gjeldende forståelse av generell relativitet på det nivået.
Rapporten beskriver de endelige resultatene av MIKROSKOP-oppdraget.
Gilles Métris, en forsker ved Côte d'Azur-observatoriet og medlem av MICROSCOPE-teamet, sa: "Vi har nye og mye bedre begrensninger for enhver fremtidig teori fordi disse teoriene ikke må bryte med ekvivalensprinsippet på dette nivået."
I eksperimentet deres målte forskerne Eötvös-forholdet til ekstremt høy presisjon, som er relatert til akselerasjonene til to frittfallende objekter. Hvis det er en forskjell i akselerasjonen til objektene med mer enn én del i 1015, vil eksperimentet måle det og oppdage dette bruddet på WEP.
For å måle Eötvös-forholdet overvåket forskerne akselerasjonene til testmasser av platina og titanlegeringer mens de gikk i bane rundt jorden i MICROSCOPE-satellitten. Det eksperimentelle instrumentet brukte elektrostatiske krefter for å holde par av testmasser i samme posisjon i forhold til hverandre. Den så etter potensielle forskjeller i disse kreftene, noe som indikerer forskjeller i objektenes akselerasjoner.
Manuel Rodrigues, en forsker ved det franske romfartslaboratoriet ONERA og medlem av MICROSCOPE-teamet, sa, "En stor utfordring med eksperimentet var å finne måter å teste instrumentet på jorden for å sikre at det ville fungere som designet i verdensrommet. Vanskeligheten er at instrumentet vi lanserer ikke kan operere på bakken. Så det er en slags blindtest.»
Teamets arbeid legger veien for satellittforskning for å teste WEP enda mer presist. Forskningen deres inkluderer anbefalinger for å forbedre den eksperimentelle innstillingen, for eksempel å minimere satellittbeleggsknitring som hindret akselerasjonsmålinger og bytte ut ledninger for kontaktløse enheter.
Et satellitteksperiment som implementerer disse oppgraderingene bør være i stand til å måle potensielle brudd på WEP på nivået av en del av 1017, sier forskerne. Men MICROSCOPE-resultatene vil sannsynligvis forbli de mest presise begrensningene på WEP en stund.
Tidsreferanse:
- Pierre Touboul et al. MICROSCOPE Mission: Endelige resultater av testen av ekvivalensprinsippet. Phys. Prest Lett. 129. GJØR JEG: 10.1103/PhysRevLett.129.121102
