MICROSCOPE bevestigt het equivalentieprincipe
De MICROSCOPE-missie heeft het “equivalentieprincipe” met een ongekende nauwkeurigheid bevestigd waardoor de algemene relativiteitstheorie van Einstein verder wordt versterkt.
Het resultaat, afgelopen week aangekondigd door een team onder leiding van het Franse ruimtevaartagentschap CNES, is een triomf voor de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. Het sluit echter mogelijk ook enkele kandidaat-universele natuurkundige theorieën uit.
De algemene relativiteitstheorie is de beste zwaartekrachtstheorie – in plaats van een “trekkende” kracht te zijn, wordt de werking van de zwaartekracht veroorzaakt door grote objecten zoals planeten die de ruimtetijd buigen en de paden van kleinere objecten naar hen toe buigen.
Dit is echter niet verenigbaar met de beste theorie die wetenschappers hebben over de subatomaire wereld: de kwantummechanica. Natuurkundigen hebben lang gezocht naar een universele theorie die hen met elkaar verbindt. Een aantal van deze kandidaat-theorieën voorspellen dat het equivalentieprincipe het niet zou houden als het heel nauwkeurig wordt gemeten – maar MICROSCOPE heeft aangetoond dat dit uiterst onwaarschijnlijk is.
Het equivalentieprincipe testen
Het equivalentieprincipe zegt dat wanneer twee objecten onder dezelfde zwaartekracht in een vacuüm vallen, ze met dezelfde snelheid vallen, ongeacht hun gewicht of samenstelling. Dit principe werd gedemonstreerd door Apollo 15-astronaut David Scott die een hamer en een veer op de Maan liet vallen en liet zien dat ze beide tegelijkertijd de grond raakten.
Het laten vallen van huishoudelijke voorwerpen op het maanoppervlak maakt echter geen zeer nauwkeurige metingen mogelijk – het kan zijn dat ze de grond raken met een verschil van een fractie van een seconde.
MICROSCOPE (MICROsatelite with Compensated drag for the Observation of the Principle of Equivalence) bevat twee paar testmassa’s: blokken titanium en platina van verschillend gewicht met zeer nauwkeurig gemeten eigenschappen. deze massa’s zijn geïsoleerd van andere invloeden zoals temperatuur of atmosferische wrijving en worden gecontroleerd terwijl ze in een vrije val in de ruimte rond de Aarde draaien.
Hun versnelling als gevolg van de vrije val wordt vervolgens gemeten met atomaire precisie en vergeleken om het equivalentieprincipe te testen. Als twee testmassa’s van gelijke grootte maar verschillende samenstelling tijdens de vrije val verschillend worden versneld, wordt het equivalentieprincipe geschonden.
Ongekende nauwkeurigheid
Deze metingen werden gedaan tijdens 1642 banen om de Aarde, oftewel 73 miljoen kilometer. Dit komt overeen met de helft van de afstand tussen de Aarde en de Zon. MICROSCOPE werd in 2016 gelanceerd en in 2018 gedeactiveerd, maar onderzoekers analyseren sindsdien de metingen.
Hun resultaat, gepubliceerd in de Physical Review Letters en Classical and Quantum Gravity, toonde aan dat als er een afwijking in de versnelling van testmassa’s bestaat deze minder is dan 1 op 1015 – oftewel minder dan een tiende van een biljoenste van een procent.
Professor Timothy Sumner, van het Departement of Physics aan het Imperial College London en lid van het MICROSCOPE Science Working Team zei: “Ik herinner me dat ik op school leerde over Galileo die in de 17de eeuw massa’s liet vallen van de scheve toren van Pisa en ik keek naar de hamer en veer experiment tijdens een van de maanlandingen in 1971. Het resultaat van dit ogenschijnlijk eenvoudige experiment verbergt een subtiliteit die wetenschappers eeuwenlang heeft verbijsterd en die Einstein ertoe bracht de universaliteit van vrije val te “accepteren” als een fundamentele hoeksteen van de algemene relativiteitstheorie.
MICROSCOPE heeft een pioniersrol vervuld bij dit soort experimenten in de stille ruimteomgeving en heeft aangetoond dat twee massa’s die in een baan om de Aarde zijn gevallen nog steeds samen zijn tot op 100 miljoenste van een meter en dit na een “val” van 73 miljard meter, waarmee wordt aangetoond dat de hoeksteen nog steeds geen zichtbare scheuren heeft.
Artikel: MICROSCOPE Mission: Final Results of the Test of the Equivalence Principle
Eerste publicatie: 19 september 2022
Bron: SpaceDaily
