הפעם זה היה החלק המשנה האדום של היחסות הכללית; והחומרה? טוב יותר מאשר חלק ממאה מיליון מדהים!
איך סטיבן צ'ו (שר האנרגיה האמריקני, למרות שעבודה זו נעשתה כשהיה באוניברסיטת ברקלי באוניברסיטת קליפורניה), הולגר מולר (ברקלי) ואחים פיטרס (אוניברסיטת הומבולדט בברלין) ניצחו את המבחן הקודם הטוב ביותר להסרת הכבידה (ב- 1976, תוך שימוש בשני שעונים אטומיים - האחד על פני כדור הארץ והשני נשלח לגובה של 10,000 ק"מ ברקטה) על ידי 10,000 פעמים מדהימות?
על ידי ניצול של כפילות חלקיקי גל וסופרפוזיציה בתוך אינטרפרומטר אטום!
על הנתון הזה
: סכמטי של אופן הפעולה של אינטרפרומטר האטומים. מסלולי התנועה של שני האטומים מתוארים כפונקציות של זמן. האטומים מאיצים בגלל כוח המשיכה וקווי התנודה מתארים את הצטברות הפאזה של גלי החומר. חצים מציינים את זמני שלושת פעימות הלייזר. (באדיבות: טבע).
משמרת אדומה של הכבידה היא תוצאה בלתי נמנעת של עקרון השוויון העומד בבסיס היחסות הכללית. עקרון השוויון קובע כי ההשפעות המקומיות של כוח הכבידה זהים לאלו של הימצאות במסגרת התייחסות מואצת. כך שהכוח כלפי מטה שמרגיש מישהו במעלית יכול להיות באותה מידה בגלל האצה כלפי מעלה של המעלית או מכוח הכבידה. פולסי אור שנשלחים כלפי מעלה משעון ברצפת המעלית יועברו באדום כאשר המעלית מאיצה כלפי מעלה, כלומר נראה כי שעון זה מתקתק לאט יותר כאשר משווים בין הפלאשים שלו בתקרת המעלית לשעון אחר. מכיוון שאין דרך להבדיל בין כוח הכבידה והתאוצה, הדבר נכון גם בתחום הכבידה; במילים אחרות, ככל שמשיכת הכבידה שחווה שעון גדולה יותר, או ככל שהיא קרובה יותר לגוף מסיבי, כך הוא יתקתק לאט יותר.
אישור השפעה זו תומך ברעיון שכוח הכבידה הוא גיאומטריה - ביטוי של עקמומיות בחלל - מכיוון שזרימת הזמן אינה קבועה עוד ברחבי היקום אלא משתנה בהתאם להתפלגות גופים מאסיביים. בחינת הרעיון של עקמומיות בחלל חשובה כשמבחינים בין תיאוריות שונות של כוח הכבידה הקווני מכיוון שיש כמה גרסאות של תורת המיתרים בהן החומר יכול להגיב למשהו שאינו הגאומטריה של זמן החלל.
עם זאת, משמרת אדומה של הכבידה, כביטוי לאי-חדלות עמדה מקומית (הרעיון שתוצאת כל ניסוי שאינו כבידתי אינו תלוי היכן ומתי ביקום הוא מבוצע) הוא האישור הכי פחות טוב משלושת סוגי הניסוי ש תומכים בעקרון השוויון. השניים האחרים - האוניברסליות של הנפילה החופשית וההתמדה המקומית של לורנץ - אומתו על פי מדדי הדור של 10-13 או יותר טוב, בעוד שההחלפה האדומה של הכבידה אושרה בעבר רק לדיוק של 7 × 10-5.
בשנת 1997 פיטרס השתמש בטכניקות לכידת לייזר שפותחו על ידי צ'ו בכדי ללכוד אטומי צזיום ולקירורם לכמה מיליונים של תואר K (על מנת להפחית את מהירותם ככל האפשר), ואז השתמש בקרן לייזר אנכית כדי להקנות בעיטה כלפי מעלה לאטומים כדי למדוד נפילה חופשית של הכבידה.
כעת, צ'ו ומולר פירשו מחדש את תוצאות הניסוי כדי לתת מדידה של הסטת הכבידה.
בניסוי כל האטומים נחשפו לשלושה פולסים בלייזר. הדופק הראשון הכניס את האטום למצב של סופרפוזיציה של שני מצבים סבירים לא פחות - או שהותיר אותו לבדו כדי להאט ואז נופל חזרה לכדור הארץ תחת משיכת כוח הכבידה, או נותן לו בעיטה נוספת כך שהוא הגיע לגובה רב יותר לפני שירד. דופק שני הוחל אז בדיוק ברגע הנכון כדי לדחוף את האטום במצב השני בחזרה מהר יותר לכיוון כדור הארץ, וגרם לשני מצבי הסופרפוזיציה להיפגש בדרך למטה. בשלב זה הדופק השלישי נמדד את ההפרעה בין שני המצבים הללו שהובילה קיומו של האטום כגל, כאשר הרעיון הוא שכל הבדל בהיסטה אדומה של הכבידה כפי שנחווה על ידי שני המצבים הקיימים בגובה ההבדל מעל פני כדור הארץ יתבטא כ שינוי בשלב היחסי של שתי המדינות.
סגולה של גישה זו הוא התדירות הגבוהה ביותר של גל דה ברוגלי אטום צזיום - כ -3 × 1025הרץ. למרות שבמהלך 0.3 שניות הנפילה החופשית, גלי החומר במסלול הגבוה חוו זמן שחלף של 2 × 10 בלבד-20יותר מכפי שעשו הגלים במסלול התחתון, התדירות העצומה של תנודתם, בשילוב היכולת למדוד הפרשי משרעת של חלק אחד בלבד ב -1000, גרמה לכך שהחוקרים הצליחו לאשר את הסטת הכבידה לדייקנות של 7 × 10-9.
כדברי מולר, "אם זמן הנפילה החופשית היה מוארך לגיל היקום - 14 מיליארד שנה - הפרש הזמן בין המסלול העילי והתחתון היה רק אלף מאית השנייה, והדיוק של המדידה היה להיות 60 PS, הזמן שלוקח לאור לנסוע בערך סנטימטר. "
מולר מקווה לשפר עוד יותר את הדיוק של מדידות המשמרות האדומות על ידי הגדלת המרחק בין שני מצבי העל של אטומי הצזיום. המרחק שהושג במחקר הנוכחי היה 0.1 מ"מ בלבד, אך לדבריו, על ידי הגדלתו ל -1 מ 'צריך להיות אפשרי לאתר גלי כבידה, שחזויו על ידי תורת היחסות הכללית אך טרם נצפו ישירות.
מקורות: עולם הפיזיקה; העיתון הוא בגיליון 18 בפברואר 2010 של הטבע
