Времето на Айнщайн се измерва с най-високата точност в световен мащаб

Определена е скоростта на литиевите йони при скорост до 20 000 километра в секунда

Лазер за боядисване (оранжево) с лазер с помпа (зелено) © Sascha Reinhardt, Sergei Karpuk, Christian Novotny, Guido Saathoff
чете на глас

Разтягането на времето е един от най-интригуващите аспекти на Айнщайн от теорията на относителността, защото елиминира представата за абсолютно валидно време: придвижването на часовниците тече по-бавно. В експеримента разширяването на времето е наблюдавано за първи път от Ives и Stilwell през 1938 г., използвайки ефекта на Доплер. Сега физиците успяха да измерят дилатацията на времето с безпрецедентна точност.

Те използваха подход, който комбинира съхранението и охлаждането на литиеви йони и измерването на техните оптични честоти с честотен гребен. „Проучването на разтягането на времето е важно не само за фундаменталната физика, но има за практическа функция за сателитно позициониране с GPS и много други приложения в комуникационните технологии“, казва проф. Герхард Хубер от Университета в Майнц. Заедно с учени от Хайделберг, Гарчинг и Винипег той съобщава за експеримента в научното списание Nature Physics онлайн.

От въвеждането му през 1905 г. специалната теория на относителността на Алберт Айнщайн е основата за всички описания на физическите процеси. Основен принцип на тази теория е, че скоростта на светлината винаги остава постоянна, независимо от това дали наблюдател се движи със собствена скорост или не.

Измерване 100 000 пъти по-точно

Времето в тази концепция обаче вече не е постоянно, а се забавя в движеща се система като ракета в космоса. Тази дилатация или разширяване на времето за първи път се измерва през 1938 г. и се определя с точност един процент. Работата, публикувана сега от Nature Physics, е 100 000 пъти по-точна от това първо измерване. "Това е зрелищна точност, която също е необходима, ако искаме да тестваме основите на физиката, т.е. стандартния модел", казва Хубер.

Два лазера са включени

Представяне на лазерната система Sascha Reinhardt, Sergei Karpuk, Christian Novotny, Guido Saathoff

Преди около 20 години ядреният физик в Майнц, заедно с професор Дирк Швалм от Института за ядрена физика Макс Планк в Хайделберг (MPIK), започна тази изследователска работа върху току-що инсталирания пръстен за съхранение на TSR на MPIK. При релативистични скорости - това е до шест процента от скоростта на светлината или до 20 000 километра в секунда - литиевите йони се съхраняват като фин лъч и се възбуждат с лазери на техните оптични резонанси. Тези много остри резонанси работят като атомни часовници, движещи се с йони. показ

Лазерното възбуждане се извършва с два лазера, които се изпращат към йонния лъч отзад и срещу него. Ако и двата лазера възбуждат едни и същи йони, правилното време на тези часовници, както и скоростта им в пръстена за съхранение, могат да бъдат точно измерени. Само с познаването на оптичните честоти факторът на разширяването на времето, който в същото време описва увеличението на масата, може да бъде определен от експериментите и сравнен с известната стойност в специалната теория на относителността на Айнщайн. Точното измерване на честотата беше направено в Garching близо до Мюнхен с оптичен честотен гребен в сътрудничество с екипа около професор Теодор H nsch, който беше удостоен с Нобелова награда през 2005 г. за разработването на този пионерски метод.

Потвърдена е специалната относителност

„В рамките на точност на измерване от един до десет милиона, специалната теория на относителността може да бъде потвърдена на пръстена за съхранение на TSR в Хайделберг“, обобщава Хубер. Така измерването се присъединява към поредицата от прегледа на така наречения стандартен модел на физиката, който описва елементарните частици и силите, действащи между тях, а също и теста за инвариантността на Лоренц, т.е. G Наличие на специална относителност, включително. "Въпреки това, постигнатата досега точност не е достатъчна за откриване на отклонения."

Служителите от Майнц, Сергей Карпук и Кристиан Новотни, сега работят върху експеримент с много по-високи скорости, което може да бъде постигнато в Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) в Дармщат с ESR за съхранение. При първите тестове йоните достигат до 34 процента от скоростта на светлината тук.

(idw - Университет в Майнц, 23.11.2007 - DLO)