MICROSCOPE ofrece la prueba más precisa del principio de equivalencia débil de la relatividad general

En nuevos estudios publicados en Physical Review Letters y en un número especial de Classical and Quantum Gravity el 14 de septiembre, un equipo de investigadores presenta la prueba más precisa hasta el momento del principio de equivalencia débil, un componente clave de la relatividad general. El informe describe los resultados finales de MISIÓN DEL MICROSCOPIO, que probó el principio midiendo la aceleración de objetos en caída libre en un satélite en órbita terrestre. El equipo descubrió que las aceleraciones de los pares de objetos diferían en no más de una parte en 10 .15 Excluya cualquier violación del principio de equivalencia débil o desviaciones de la comprensión actual de la relatividad general en este nivel.

«Tenemos restricciones nuevas y mucho mejores para cualquier teoría futura, porque estas teorías no deberían violar el principio de equivalencia en este nivel», dice. Jill Mitrismundo en Observatorio de la Costa Azul y miembro del equipo de MICROSCOPE.

La teoría general de la relatividad, publicada por Albert Einstein en 1915, describe cómo funciona la gravedad y su relación con el tiempo y el espacio. Pero debido a que no tiene en cuenta las observaciones de los fenómenos cuánticos, los investigadores buscan desviaciones de la teoría a niveles crecientes de precisión y en diferentes situaciones. Tales violaciones pueden indicar nuevas interacciones o fuerzas que podrían unir la relatividad con la física cuántica. La prueba del principio de equivalencia débil (WEP) es una forma de buscar expansiones potenciales de la relatividad general.

Según WEP, los objetos en un campo gravitatorio caen de la misma manera cuando no actúan sobre ellos otras fuerzas, incluso si tienen masas o composiciones diferentes. Para probar el principio, el equipo de MICROSCOPE diseñó su experimento para medir la relación Eötvös, que relaciona las aceleraciones de dos objetos en caída libre, con una precisión extremadamente alta. Si la aceleración de un objeto difiere de la de otro en más de una parte en 1015el experimento lo medirá y detectará esta infracción WEP.

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Para medir la relación Eötvös, los investigadores monitorearon la aceleración de bloques de prueba de aleaciones de platino y titanio mientras orbitaban la Tierra en el satélite MICROSCOPE. El instrumento experimental utiliza electricidad.

Mantener pares de bloques de prueba en la misma posición entre sí y buscar posibles diferencias en estas fuerzas, lo que indicaría diferencias en la aceleración de los objetos.

El principal desafío para el experimento fue encontrar formas de probar el instrumento en la Tierra para garantizar que funcionaría como se diseñó en el espacio. “La dificultad es que el instrumento que estamos lanzando no puede funcionar en tierra”, dice Manuel Rodríguez, científico del Laboratorio Aeronáutico Francés. ONERA y miembro del equipo de MICROSCOPE. «Así que es una especie de prueba a ciegas».

Una vez que la máquina estuvo lista, el equipo la lanzó en 2016. Lanzaron Resultados preliminares en 2017pero continuaron analizando los datos, teniendo en cuenta las fallas e incertidumbres sistémicas, después de que la misión terminó en 2018. Finalmente, no encontraron ninguna violación de WEP y colocaron las restricciones más estrictas sobre el principio hasta el momento.

El trabajo del equipo allana el camino para pruebas más precisas de WEP con ensayos satelitales. Su análisis incluye formas de mejorar la configuración experimental, como reducir las grietas en el revestimiento del satélite que afectaron las mediciones del acelerómetro y reemplazar los cables en la configuración con dispositivos sin contacto. Un experimento satelital que implemente estas actualizaciones debería poder medir posibles violaciones de WEP al nivel de una parte en 1017Los investigadores dicen. Pero los resultados de MICROSCOPE probablemente seguirán siendo la limitación más precisa de WEP por un tiempo.

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“Durante al menos una década o tal vez dos décadas, no vemos ninguna mejora en la experiencia del satélite espacial”, dice Rodríguez.

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