等效原理將接受迄今最精確測試
時間：2023-11-17 來源：科技日報
科技日報北京11月16日電 （記者劉霞）德國科學家已經將國際空間站上的鉀原子和銣原子冷卻到接近絕對零度，以對愛因斯坦廣義相對論的基本原理（等效原理）開展迄今最精確測試，這也是國際空間站上進行的首個涉及兩種極冷原子的實驗。相關論文發表于15日出版的《自然》雜志。
等效原理是愛因斯坦廣義相對論的一個關鍵原理，指當引力是作用在物體上的唯一力時，所有物體都以相同加速度下落，幾十年來科學家一直在對該原理開展測試。迄今對該原理最靈敏的測試中，一項涉及在加利福尼亞州的一個特殊設施內使極冷的銣原子自由下落的測試；另一項則涉及探索引力對隨衛星進入太空的物質質量會產生何種影響。萊布尼茨大學團隊計劃通過在太空中使用超冷原子，將上述兩項測試結合在一起。
在最新研究中，團隊使用了國際空間站上的冷原子實驗室，以研究只有在原子極冷和引力極低時才能觀察到的量子效應。在冷原子實驗室內，原子被限制在芯片內，磁力和激光的推動、拉動和撞擊會使其變得非常冷。在絕對零度以上僅十億分之一攝氏度下，由于量子效應，這些原子的“行為”像一組重疊的“物質波”，而非單個粒子。
研究人員冷卻了同一芯片上的鉀原子和銣原子，然后有效地將芯片變成了兩個獨立的干涉儀。干涉儀會根據“物質波”碰撞產生的模式測量加速度，如果兩個干涉儀記錄的加速度值不同，等效原理就會被打破。
雖然研究人員已成功地在冷原子實驗室中制造了兩個干涉儀，但需要進一步優化，才能用其全面測試等效原理。在冷原子實驗室獲得的結果預計將比基于衛星的測試結果準確數百倍，比基于地球的實驗結果準確數十萬倍。
研究人員指出，等效原理是理解引力的基石，但這些實驗不僅僅測試廣義相對論，可能會有一些標準模型中沒有囊括的新粒子打破這一原理。
