Die Studie präsentiert den genauesten Test des schwachen Äquivalenzprinzips der allgemeinen Relativitätstheorie

Das schwache Äquivalenzprinzip ist ein wesentlicher Bestandteil der Allgemeinen Relativitätstheorie. Das Prinzip besagt, dass Objekte in einem Gravitationsfeld auf die gleiche Weise fallen, wenn keine anderen Kräfte auf sie einwirken, auch wenn sie unterschiedliche Massen oder Zusammensetzungen haben.

In einer neuen Studie testete ein Team von Wissenschaftlern das Prinzip, indem es Beschleunigungen von frei fallenden Objekten in einem Satelliten maß, der die Erde umkreist. Sie fanden heraus, dass sich die Beschleunigungen von Objektpaaren um etwa einen Bruchteil von 10 unterschieden^fünfzehn Verstöße gegen das schwache Äquivalenzprinzip oder Abweichungen vom aktuellen Verständnis auszuschließen von: generelle Relativität auf dieser Ebene.

Der Bericht beschreibt die Endergebnisse der MICROSCOPE-Mission.

Gilles Métris, Wissenschaftler am Côte d’Azur Observatorium und Mitglied des MICROSCOPE-Teams, sagte: „Wir haben neue und viel bessere Einschränkungen für jede zukünftige Theorie, weil diese Theorien das Äquivalenzprinzip auf dieser Ebene nicht verletzen sollten.“

In ihrem Experiment haben die Wissenschaftler das Eötvös-Verhältnis mit extrem hoher Präzision gemessen, das die Beschleunigungen zweier frei fallender Objekte in Beziehung setzt. Wenn sich die Beschleunigungen der Objekte um mehr als einen Teil von 1015 unterscheiden, würde das Experiment dies messen und diese Verletzung des WEP erkennen.

Um das Eötvös-Verhältnis zu messen, verfolgten die Wissenschaftler die Beschleunigungen der Testmassen aus Platin- und Titanlegierungen, während sie die Erde im MICROSCOPE-Satelliten umkreisten. Das experimentelle Instrument nutzte elektrostatische Kräfte, um Testmassenpaare in derselben Position relativ zueinander zu halten. Es suchte nach möglichen Unterschieden in diesen Kräften, was auf Unterschiede in den Beschleunigungen der Objekte hinweist.

Manuel Rodrigues, Wissenschaftler am französischen Weltraumlabor ONERA und Mitglied des MICROSCOPE-Teams, sagte, „Eine große Herausforderung des Experiments bestand darin, Wege zu finden, das Instrument auf der Erde zu testen, um sicherzustellen, dass es im Weltraum wie vorgesehen funktioniert. Die Schwierigkeit besteht darin, dass das Instrument, das wir starten, vor Ort nicht funktionieren kann. Es ist also eine Art Blindtest.“

Die Arbeit des Teams ebnet der Satellitenforschung den Weg, WEP noch genauer zu testen. Ihre Forschung umfasst Empfehlungen zur Verbesserung der experimentellen Umgebung, wie z. B. die Minimierung des Krachens der Satellitenbeschichtung, das Beschleunigungsmessungen behinderte, und den Austausch von Drähten gegen berührungslose Geräte.

Ein Satellitenexperiment, das diese Upgrades implementiert, sollte in der Lage sein, potenzielle WEP-Verletzungen auf der Ebene von einem von zehn zu messen¹⁷, sagen die Forscher. Aber die MICROSCOPE-Ergebnisse werden wahrscheinlich noch eine Weile die genauesten Einschränkungen des WEP bleiben.

Zeitschriftenreferenz:

1. Pierre Touboul ua MICROSCOPE Mission: Final Results of the Equivalence Principle Test. Phys. Rev. Lett. 129. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.121102