Den svaga ekvivalensprincipen är en kritisk komponent i den allmänna relativitetsteorin. Principen antyder att föremål i ett gravitationsfält faller på liknande sätt när inga andra krafter verkar på dem, även om de har olika massor eller sammansättning.
I en ny studie testade ett team av forskare principen genom att mäta accelerationer av fritt fallande föremål i en satellit som kretsar runt jorden. De fann att accelerationerna för par av objekt skilde sig med ungefär en del på 1015 utesluta eventuella brott mot svag likvärdighetsprincipen eller avvikelser från nuvarande uppfattning om allmän relativitetsteori på den nivån.
Rapporten beskriver de slutliga resultaten av MIKROSKOP-uppdraget.
Gilles Métris, en forskare vid Côte d'Azur-observatoriet och medlem av MICROSCOPE-teamet, sa: "Vi har nya och mycket bättre begränsningar för alla framtida teorier eftersom dessa teorier inte får bryta mot likvärdighetsprincipen på denna nivå."
I sitt experiment mätte forskare Eötvös-förhållandet med extremt hög precision, vilket relaterar till accelerationerna hos två fritt fallande föremål. Om det finns en skillnad i accelerationerna för objekten med mer än en del under 1015, skulle experimentet mäta det och upptäcka detta brott mot WEP.
För att mäta Eötvös-förhållandet övervakade forskarna accelerationerna av testmassor av platina och titanlegering när de kretsade runt jorden i MICROSCOPE-satelliten. Det experimentella instrumentet använde elektrostatiska krafter för att hålla par av testmassor i samma position i förhållande till varandra. Den letade efter potentiella skillnader i dessa krafter, vilket indikerar skillnader i objektens accelerationer.
Manuel Rodrigues, en forskare vid det franska rymdlaboratoriet ONERA och medlem av MICROSCOPE-teamet, sade, "en stor utmaning med experimentet var att hitta sätt att testa instrumentet på jorden för att se till att det skulle fungera som designat i rymden. Svårigheten är att instrumentet vi lanserar inte kan fungera på marken. Så det är ett slags blindtest.”
Teamets arbete lägger vägen för satellitforskning för att testa WEP ännu mer exakt. Deras forskning inkluderar rekommendationer för att förbättra den experimentella miljön, som att minimera satellitbeläggningssprakningar som hindrade accelerationsmätningar och att byta ut ledningar mot kontaktlösa enheter.
Ett satellitexperiment som implementerar dessa uppgraderingar borde kunna mäta potentiella överträdelser av WEP på nivån en del av 1017, säger forskarna. Men MIKROSKOP-resultaten kommer sannolikt att förbli de mest exakta begränsningarna för WEP ett tag.
Tidskriftsreferens:
- Pierre Touboul et al. MIKROSKOP Uppdrag: Slutliga resultat av testet av ekvivalensprincipen. Phys. Pastor Lett. 129. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.121102
