Prinsip kesetaraan Einstein dikonfirmasi lagi – eksperimen satelit mengukur respons massa terhadap gravitasi lebih akurat daripada sebelumnya

Tes di luar angkasa: Prinsip fisika dasar kesetaraan lemah telah melewati ujian terberatnya – dengan demikian sekali lagi membenarkan teori relativitas Einstein. Eksperimen satelit MICROSCOPE memeriksa apakah gravitasi bekerja sama pada dua massa uji yang berbeda. Untuk pertama kalinya, validitas prinsip kesetaraan telah diperpanjang hingga 10^-15 Tepat dikonfirmasi. Ini juga sangat mempersempit ruang untuk perluasan teori relativitas, fisikawan telah melaporkan.

Itu diperhatikan oleh Galileo Galilei, disuarakan oleh Isaac Newton, dan Albert Einstein menjadikannya pilarnya. Teori relativitas umum: Prinsip ekivalensi lemah menyatakan bahwa dengan tidak adanya gaya lain, gravitasi dan percepatan bekerja pada semua benda dengan cara yang sama – terlepas dari massa dan komposisinya. Misalnya, bulu tangkis dan peluru jatuh dengan kecepatan yang sama dalam ruang hampa.

Validitas prinsip kesetaraan ini telah diuji dan dikonfirmasi dalam berbagai eksperimen, termasuk uji jatuh di laboratorium dan di orbit Bumi, serta pengukuran laser jarak bulan. Namun, untuk mengesampingkan penyimpangan karena efek fisik kuantum baru atau partikel yang sampai sekarang belum ditemukan, tes ini harus sangat akurat.

Silinder mengambang sebagai benda uji

Sebuah revisi yang lebih menyeluruh dari prinsip kesetaraan sekarang tersedia. Ini didasarkan pada percobaan di atas satelit kecil MIKROSKOP, yang mengorbit Bumi dalam orbit rendah sinkron matahari dari 2016 hingga 2018. Untuk uji paritas lemah, gaya elektrostatik menahan beberapa blok uji. Sensor akselerometer yang sangat sensitif merekam setiap gerakan blok uji.

Sepasang blok uji terdiri dari dua silinder dengan berat dan ukuran yang sama yang terbuat dari paduan berat platinum dan rhodium dan berfungsi sebagai referensi. Pada pasangan kedua, salah satu blok uji ini diganti dengan silinder titanium-aluminium yang lebih ringan. Jika satelit sekarang mengubah orientasinya ke Bumi dan dengan demikian ke medan gravitasi planet, ini mempengaruhi massa uji. Jika reaksi blok uji yang tidak sama menyimpang dari satu sama lain dan dari referensi, maka ini merupakan pelanggaran prinsip ekivalensi.

Sudah pada tahun 2017, tim dipimpin oleh Pemimpin Ekspedisi Pierre Topol dari ONERA Research Center di Paris hasil pertama Dari percobaan satelit yang diterbitkan, yang menggunakan prinsip kesetaraan dengan akurasi 10^-14 telah dikonfirmasi.

Konfirmasi ulang kesetaraan

Sementara itu, fisikawan mengevaluasi data dari percobaan MIKROSKOP setiap dua setengah tahun, dan juga menganalisis secara menyeluruh sumber potensi kesalahan dan faktor ketidakpastian. Hasilnya: “Kami tidak menemukan pelanggaran prinsip ekivalensi lemah, dan karenanya menetapkan batas maksimum validitasnya sejauh ini,” menurut Topol dan timnya. Tes mereka mencapai akurasi 10 .^-15.

Sebagai akibatnya, verifikasi prinsip ekuivalensi ini juga mengecualikan penyimpangan dari aspek teori relativitas ini hingga tingkat ini. “Kami juga telah menetapkan batas baru dan lebih baik untuk setiap teori masa depan,” kata rekan penulis Gil Mitris dari Cote d’Azur Observatory. Karena jika masih ada partikel atau gaya yang tidak diketahui yang menyebabkan penyimpangan dari prinsip ekivalensi, efeknya hanya dapat muncul di luar batas yang sekarang ditetapkan.

Batasan “Fisika Baru”

Ini penting, misalnya, untuk mencari partikel materi gelap atau interaksi skala besar. “Pada saat yang sama, percobaan MIKROSKOP membuka jalan bagi pengujian baru dan lebih ambisius dari prinsip kesetaraan di ruang angkasa,” tim menjelaskan. “Namun, kami tidak mengharapkan peningkatan lebih lanjut dalam akurasi tes semacam itu dalam satu atau dua dekade mendatang.” (Surat Tinjauan Fisik, 2022; doi: 10.1103/PhysRevLett.129.121102)

Sumber: American Physical Society

15 September 2022

– Nadia Podebrigar