Νέο όριο για την ακρίβεια πειραματικής επαλήθευσης της Ειδικής Σχετικότητας

Από τη σελίδα του Physics News Update 2 Ιανουαρίου 2002

Ένα νέο όριο στην πειραματική επαλήθευση της Ειδικής Σχετικότητας επιτεύχθηκε από μια ομάδα φυσικών του εργαστηρίου κβαντικής οπτικής του πανεπιστημίου της Konstanz στη Γερμανία σε συνεργασία με το πανεπιστήμιο του Dusseldorf. Κατά κάποιο τρόπο αυτή είναι η υψηλότερη ακρίβεια με την οποία έχει δοκιμαστεί η ορθότητα της Ειδικής Σχετικότητας, η οποία αποτελεί έναν ακρογωνιαίο λίθο της σύγχρονης Φυσικής.

Μια από τις αρχές της Ειδικής Σχετικότητας απαιτεί όπως η ταχύτητα του φωτός c είναι η ίδια για όλους τους παρατηρητές. Έτσι για παράδειγμα ένας παρατηρητής σ' ένα τραίνο που κινείται πολύ γρήγορα προς ένα φωτεινό σηματοδότη θα μετράει την ίδια ταχύτητα φωτός όπως και ένας άλλος παρατηρητής ακίνητος σε σχέση με τον σηματοδότη. Στα γνωστά πειράματα τύπου Michelson-Morley (ΜΜ) η ενιαία τιμή για την ταχύτητα του φωτός επιδεικνύεται με σύγκριση των ταχυτήτων δεσμών φωτός που κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις.

Σε μια άλλη κατηγορία πειραμάτων που αποκαλούνται μετρήσεις Kennedy-Thorndike (KT), ελέγχεται ότι το c δεν εξαρτάται από την ταχύτητα του εργαστηρίου. Με τα σημερινά μέσα τα πειράματα τύπου ΜΜ έχουν μεγαλύτερη ακρίβεια από τα πειράματα τύπου ΚΤ. Ο στόχος λοιπόν της ομάδας της Konstanz είναι να βελτιώσει την ακρίβεια των πειραμάτων τύπου ΚΤ, δείχνοντας ότι το c δεν εξαρτάται από την ταχύτητα και την κατεύθυνση του εργαστηρίου.

Βασικά δημιούργησαν ένα στάσιμο κύμα φωτός μέσα σε μια οπτική κοιλότητα πολύ χαμηλής θερμοκρασίας και το παρατήρησαν για διάστημα 190 ημερών, μέσα στο οποίο η γη διαγράφει περισσότερο από το ½ της τροχιάς της γύρω από τον ήλιο ενώ το μέτρο της ταχύτητας του εργαστηρίου μεταβάλλεται περισσότερο από 60km/sec.

Αν το c μεταβάλλεται με την ταχύτητα του εργαστηρίου, τότε το στάσιμο κύμα το οποίο συγκρίνεται συνεχώς με ένα υψηλής ακρίβειας ατομικό ρολόι, θα αποσυντονιστεί με τη κοιλότητα. Η ίδια η κοιλότητα κατασκευασμένη από ζαφείρι έχει πολύ μικρό συντελεστή θερμικής διαστολής στη θερμοκρασία των 4Κ και μπορεί να θεωρηθεί ότι διατηρεί το σχήμα της. Με τον τρόπο αυτό η σταθερότητα της συχνότητας συντονισμού μεταφράζεται σε μια βελτίωση της πειραματικής ακρίβειας κατά 3 φορές σε σχέση με τα προηγούμενα πειράματα τύπου ΚΤ.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι μια βελτίωση της ακρίβειας κατά 100 φορές μπορεί να επιτευχθεί στο κοντινό μέλλον.