廣義相對論弱等價原理獲最精確檢驗

在2022 年9 月14 日發(fā)表于《物理評論快報》特刊的新研究中，一組研究人員對廣義相對論中的弱等效原理（WEP）進(jìn)行了迄今為止最精確的測試。研究報告描述了MICROSCOPE 項目的最終結(jié)果，該項目旨在通過測量繞地球運行的衛(wèi)星中自由落體的加速度來測試該原理。研究發(fā)現(xiàn)，成對物體的加速度差異不超過大約10～15，這排除了任何對弱等效原理的違反或與當(dāng)前對廣義相對論在該層面上的理解偏差。

廣義相對論描述了引力如何發(fā)揮作用以及如何與時間和空間相關(guān)聯(lián)。但由于該理論沒有考慮到對量子現(xiàn)象的觀察，研究人員在不斷提高的精度水平和各種條件下尋找與理論的偏差。違反將暗示新的相互作用或力，可將相對論與量子物理學(xué)結(jié)合起來。檢驗WEP 是尋找廣義相對論潛在延伸的一種方法。

根據(jù)WEP，引力場中的物體在沒有其他力作用時以相同的方式下落，即使它們的質(zhì)量或成分不同。為了測試這一原理，MICROSCOPE 團(tuán)隊設(shè)計了試驗，以極高的精度測量E?tv?s 比率，該比率與兩個自由落體的加速度相關(guān)聯(lián)。如果一個物體的加速度與另一個物體的加速度相差超過大約10～15，則該試驗將對其進(jìn)行測量并檢測這種違反WEP 的行為。

研究人員用鉑和鈦合金作為測試目標(biāo)，監(jiān)測了它們在MICROSCOPE 衛(wèi)星中繞地球運行時的加速度，試驗儀器采用靜電力將成對的測試目標(biāo)保持在相同位置，尋找這些力可能存在的差異，這將表明物體加速度的差異。

該團(tuán)隊的工作為通過衛(wèi)星試驗對WEP 進(jìn)行更精確的測試鋪平了道路。他們的分析包括改進(jìn)試驗裝置的方法，例如減少影響加速度測量的衛(wèi)星涂層中的裂紋，以及用非接觸式設(shè)備替換裝置中的電線。