Первая попытка команды проверить этот фундаментальный принцип специальной теории относительности еще раз продемонстрировала, что Эйнштейн был прав, но Лифер и Хоэнзее улучшают эксперимент, чтобы раздвинуть пределы теории еще дальше — и, возможно, выявить несоответствие, которое могло бы помочь физикам. исправить дыры в сегодняшних основных теориях Вселенной.
«Как физик, я хочу знать, как устроен мир, и прямо сейчас наши лучшие модели того, как устроен мир — Стандартная модель физики элементарных частиц и общая теория относительности Эйнштейна — не подходят друг другу при высоких энергиях, "сказал Хоэнзее из Департамента физики. "Обнаружив точки поломки в моделях, мы можем начать улучшать эти теории."
Хоэнзее, Лифер и Дмитрий Будкер, профессор физики Калифорнийского университета в Беркли, провели испытание с использованием нового метода с участием двух изотопов элемента диспрозия. Измеряя энергию, необходимую для изменения скорости электронов, когда они прыгают с одной атомной орбитали на другую, когда Земля вращается за 12-часовой период, они определили, что максимальная скорость электрона — теоретически скорость света — около 300 миллионов метров в секунду — одинаково во всех направлениях с точностью до 17 нанометров в секунду. Их измерения были в 10 раз точнее, чем предыдущие попытки измерить максимальную скорость электронов.
Используя два изотопа диспрозия в качестве «часов», они также показали, что по мере того, как Земля приближалась или отдалялась от Солнца в течение двух лет, относительная частота этих «часов» оставалась постоянной, как предсказывал Эйнштейн в своей общей теории. относительности. Их пределы аномалий в физике электронов, которые вызывают отклонения от гравитационного красного смещения Эйнштейна, в 160 раз лучше, чем предыдущие экспериментальные пределы.
Физики Калифорнийского университета в Беркли и их коллеги из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее, Австралия, которые предоставили важные теоретические расчеты, опубликовали свои результаты на этой неделе в журнале Physical Review Letters.
Настольный эксперимент
Хоэнзее отметил, что аналогичные проверки теорий Эйнштейна можно проводить на огромных ускорителях, таких как Большой адронный коллайдер (LHC) в Швейцарии, но такие эксперименты дороги, коллайдеры строятся долго и все еще не достигают энергий, достаточно высоких, чтобы достичь желаемого уровня. теории могут сломаться.
"Вы можете попытаться исследовать эти теории, используя большие ускорители, но вам нужно будет произвести электроны с энергией в семь раз превышающей энергию протонов на LHC.
Или вы можете посмотреть на явления высоких энергий в далеких звездах или черных дырах, но они не находятся в лаборатории и не полностью изучены », — сказал он. "Вместо этого мы можем поискать доказательства того, что стандартная модель или общая теория относительности нарушают небольшие масштабы энергии в небольшом масштабе в настольном эксперименте."
По сравнению с существующими тестами, обновленный эксперимент физиков Калифорнийского университета в Беркли потенциально будет в тысячу раз более чувствительным — уровень, на котором некоторые теоретики предсказывают, что специальная теория относительности может выйти из строя.
«Этот метод откроет дверь для изучения целого ряда других параметров, которые могут быть еще более интересными и важными», — сказал Будкер, который был одним из первых, кто использовал необычную электронную структуру диспрозия для проверки фундаментальных аспектов физики элементарных частиц.
Будкер и его команда также сообщают в недавно принятой статье в Physical Review Letters, что они использовали тот же экспериментальный прибор, чтобы показать, что фундаментальная постоянная природы, постоянная тонкой структуры, не изменяется во времени или в разных гравитационных полях.
Хоэнзее является частью группы, возглавляемой профессором физики Калифорнийского университета в Беркли Хольгером Мюллером, которая занимается прецизионными измерениями для проверки аспектов теорий Эйнштейна, включая гравитационное красное смещение. Новые результаты дополняют выводы одного из экспериментов Мюллера 2010 года, которые устанавливают самые жесткие ограничения на гравитационное красное смещение для волн материи.
«Этот эксперимент представляет новую технологию использования диспрозия в области тестирования Эйнштейна. Это главный новый трюк. Это делает его особенно интересным для меня », — сказал Мюллер.
Работа была поддержана Австралийским исследовательским советом, Национальным научным фондом, Институтом фундаментальных вопросов и Институтом фундаментальных научных исследований Миллера в Калифорнийском университете в Беркли.