Испытания специальной теории относительности посредством атомных часов

Ученые провели новую серию испытаний по доказательству специальной теории относительности Эйнштейна с использованием сверхточных атомных часов.

Эксперимент

Статья, опубликованная в журнале Nature в марте этого года, описывает испытания фундаментального физического принципа - симметрии Лоренца. Проводятся эти испытания с помощью современных атомных часов, содержащих одиночные ионы иттербия. Они позволяют точно тестировать свойства фундаментальной симметрии пространства-времени и искать признаки действия физических законов за пределами стандартной модели при низких энергиях всего в несколько электронвольт. Часовые стрелки атомных часов представлены как раз двумя положительно заряженными атомами иттербия, которые с установленной частотой поглощают или испускают свет.

Вращение ионов происходило в соответствии с движением Земли, и каждый раз цикл был выполнен полностью.

Симметрия Лоренца

Согласно этой теории, физические законы не изменяются вне зависимости от того, находитесь ли вы в движении или стоите на месте. Не меняет этого и направление вашего движения. Данный принцип стал основой СТО Эйнштейна, которая была разработана в начале прошлого столетия. Она описывает движение на около-световой скорости.

Подтверждение идеи

Атомные часы двигались синхронно, невзирая на вращение Земли в течение шести месяцев, что и подтвердило еще раз правоту Эйнштейна. Сейчас испытания проводятся с более высокой точностью (более чем в 100 раз) по сравнению с предыдущими экспериментами. В случае наличия расхождений хода атомных часов из-за изменения их положения в пространстве это стало бы видно на приборах. Так была бы опровергнута теория симметрии Лоренца.

Перспектива испытаний

Даже учитывая тот факт, что симметрия Лоренца подтверждалась множество раз, ученые уверены, что выдержать все испытания она не сможет в связи с постоянно повышающейся точностью экспериментов. Сторонники объединения общей теории Эйнштейна и квантовой механики полагают, что рано или поздно нарушение симметрии будет доказано.

Современные тесты теории относительности Эйнштейна пытаются измерить пока необнаруженные нарушения симметрии Лоренца. Точное сравнение частот оптических часов является многообещающим путем для дальнейшего совершенствования таких испытаний. Гипотетические пока что нарушения симметрии Лоренца приведут к периодическим модуляциям сдвига частоты, вращения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Уровни точности, повешенные до пределов 10 в -21 будут важны для низкоэнергетических тестов будущих квантовых теорий гравитации.

Фото: obozrevatel.com