广义相对论弱等价原理获最精确检验

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本文转自:科技日报

科技日报记者 张梦然

在14日发表于《物理评论快报》特刊的新研究中,一组研究人员对广义相对论中的弱等效原理(WEP)进行了迄今为止最精确的测试。研究报告描述了MICROSCOPE项目的最终结果,该项目旨在通过测量绕地球运行的卫星中自由落体的加速度来测试该原理。研究发现,成对物体的加速度差异不超过大约10-15,这排除了任何对弱等效原理的违反或与当前对广义相对论在该层面上的理解偏差。

蔚蓝海岸天文台科学家和MICROSCOPE团队成员吉勒斯·迈特里斯称,这对任何未来的理论都有了更好的新约束,因为这些理论在这个层面上不得违反等效原则。

广义相对论描述了引力如何发挥作用以及如何与时间和空间相关联。但由于该理论没有考虑到对量子现象的观察,研究人员在不断提高的精度水平和各种条件下寻找与理论的偏差。违反将暗示新的相互作用或力,可将相对论与量子物理学结合起来。检验WEP是寻找广义相对论潜在延伸的一种方法。

根据WEP,引力场中的物体在没有其他力作用时以相同的方式下落,即使它们的质量或成分不同。为了测试这一原理,MICROSCOPE团队设计了实验,以极高的精度测量Eötvös比率,该比率与两个自由落体的加速度相关联。如果一个物体的加速度与另一个物体的加速度相差超过大约10-15,则该实验将对其进行测量并检测这种违反WEP的行为。

研究人员用铂和钛合金作为测试目标,监测了它们在MICROSCOPE卫星中绕地球运行时的加速度,实验仪器采用静电力将成对的测试目标保持在相同位置,寻找这些力可能存在的差异,这将表明物体加速度的差异。

该团队的工作为通过卫星实验对WEP进行更精确的测试铺平了道路。他们的分析包括改进实验装置的方法,例如减少影响加速度测量的卫星涂层中的裂纹,以及用非接触式设备替换装置中的电线。

研究人员说,升级后的卫星实验应能在10-17水平上展开测量,但MICROSCOPE的结果在一段时间内仍然会是WEP最精确的测量极限。责任编辑: 常丽君

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