Bu kez Genel Göreliliğin çekimsel kırmızıya kayma parçasıydı; ve katılık? 100 milyonda bir bölümden daha şaşırtıcı!
Steven Chu (ABD Enerji Sekreteri, bu çalışma Kaliforniya Üniversitesi Berkeley'de iken yapıldı, ancak Holger Müler (Berkeley) ve Achim Peters (Berlin'deki Humboldt Üniversitesi) önceki en iyi yerçekimi kırmızıya kayma testini ( 1976, iki atom saati kullanarak - biri Dünya'nın yüzeyinde ve diğeri bir rokette 10.000 km yüksekliğe kadar gönderildi) 10.000 kez şaşırtıcı bir şekilde?
Bir atom interferometresi içinde sömürülen dalga-parçacık ikiliği ve süperpozisyonu ile!
Bu rakam hakkında
: Atom interferometresinin nasıl çalıştığının şeması. İki atomun yörüngeleri zamanın fonksiyonları olarak çizilir. Atomlar yerçekimi nedeniyle hızlanıyor ve salınım çizgileri madde dalgalarının faz birikimini gösteriyor. Oklar üç lazer darbesinin zamanını gösterir. (Nezaket: Doğa).
Kütleçekimsel kırmızıya kayma, genel göreliliğin altında yatan denklik ilkesinin kaçınılmaz bir sonucudur. Eşdeğerlik ilkesi, yerçekiminin yerel etkilerinin, hızlandırılmış bir referans çerçevesinde olmakla aynı olduğunu belirtir. Dolayısıyla, bir asansördeki bir kişinin hissettiği aşağı doğru kuvvet, asansörün yukarı doğru ivmelenmesi veya yerçekimi nedeniyle eşit olabilir. Asansör katındaki bir saatten yukarı doğru gönderilen ışık atımları, asansör yukarı doğru hızlanırken kırmızıya kayacaktır; bu, flaşların asansörün tavanında başka bir saate kıyasla karşılaştırıldığı zaman bu saatin daha yavaş bir şekilde geçtiği görülecektir. Yerçekimi ve ivmeyi birbirinden ayırmanın bir yolu olmadığından, yerçekimi alanında da aynısı geçerli olacaktır; başka bir deyişle, bir saatin çekim gücü ne kadar büyükse veya büyük bir gövdeye ne kadar yakınsa, o kadar yavaş bir şekilde işaretler.
Bu etkinin doğrulanması, yerçekiminin geometri - uzay-zaman eğriliğinin bir tezahürü - olduğu fikrini destekler, çünkü zaman akışı evrende artık sabit değildir, ancak büyük bedenlerin dağılımına göre değişir. Uzay-zaman eğriliği fikrinin araştırılması, farklı kuantum yerçekimi teorileri arasında ayrım yapılırken önemlidir, çünkü maddenin uzay-zaman geometrisinden başka bir şeye cevap verebileceği sicim teorisinin bazı versiyonları vardır.
Bununla birlikte, yerçekimsel kırmızıya kayma, yerel konum değişmezliğinin bir tezahürü olarak (yerçekimsel olmayan herhangi bir deneyin sonucunun, evrende nerede ve ne zaman gerçekleştirildiğinden bağımsız olduğu fikri), denklik ilkesini desteklemek. Diğer ikisi - serbest düşüşün evrenselliği ve yerel Lorentz değişmezliği - 10'un kesinlikleri ile doğrulanmıştır.-13 yerçekimi kırmızıya kayma daha önce sadece 7 × 10 hassasiyetle onaylanmıştı-5.
1997'de Peters, sezyum atomlarını yakalamak ve bunları mümkün olduğunca hızlarını azaltmak için K derecesinin birkaç milyonda birine kadar soğutmak için Chu tarafından geliştirilen lazer yakalama tekniklerini kullandı ve sonra yukarı doğru bir tekme vermek için dikey bir lazer ışını kullandı. kütleçekimsel serbest düşüşü ölçmek için atomlara.
Şimdi, Chu ve Müller, kütleçekimsel kırmızıya kaymanın bir ölçümünü vermek için bu deneyin sonuçlarını yeniden yorumladılar.
Deneyde, atomların her biri üç lazer darbesine maruz bırakıldı. İlk darbe, atomu eşit derecede olası iki durumun üst üste binmesine yerleştirdi - ya yavaşlamak için yalnız bırakarak yerçekimi çekmesi altında Dünya'ya düştü ya da inmeden önce daha yüksek bir yüksekliğe ulaşması için ekstra bir tekme verdi. Daha sonra, ikinci durumda atomu Dünya'ya doğru daha hızlı geri itmek için doğru zamanda ikinci bir darbe uygulandı ve bu da iki üst üste binme durumunun aşağı yolda buluşmasına neden oldu. Bu noktada üçüncü nabız, atomun varlığının bir dalga olarak ortaya çıkardığı bu iki durum arasındaki paraziti ölçtü, fikir, yeryüzünün üzerindeki yüksekliklerde mevcut olan iki durumun deneyimlediği gibi yerçekimsel kırmızıya kaymada herhangi bir farkın, iki devletin nispi evresinde bir değişiklik.
Bu yaklaşımın erdemi, sezyum atomunun de Broglie dalgasının aşırı yüksek frekansıdır - yaklaşık 3 × 1025Hz. 0.3 saniyelik serbest düşüş sırasında, yüksek yörüngedeki madde dalgaları sadece 2 × 10 geçen bir zaman geçirdi.-20Alt yörüngedeki dalgalardan daha fazla, salınımlarının muazzam frekansı, 1000'de sadece bir parçanın genlik farklılıklarını ölçme yeteneği ile birlikte, araştırmacıların yerçekimi kırmızıya kaymasını 7 × 10 hassasiyetle doğrulayabildikleri anlamına geliyordu.-9.
Müller'in dediği gibi, “Serbest düşme süresi evrenin yaşına kadar uzatılmış olsaydı - 14 milyar yıl - üst ve alt yollar arasındaki zaman farkı sadece saniyenin binde biri olurdu ve ölçümün doğruluğu 60 ps olun, ışığın yaklaşık bir santimetre seyahat etmesi için gereken süre. ”
Müller, sezyum atomlarının iki üst üste binme durumu arasındaki mesafeyi artırarak kırmızıya kayma ölçümlerinin hassasiyetini daha da artırmayı umuyor. Mevcut araştırmada elde edilen mesafe sadece 0.1 mm idi, ancak bunu 1 m'ye yükselterek, genel görelilik tarafından öngörülen ancak henüz doğrudan gözlenmeyen yerçekimi dalgalarını tespit etmek mümkün olmalı diyor.
Kaynaklar: Fizik Dünyası; makale Nature'ın 18 Şubat 2010 sayısında
