Siméadracht agus spás-am a thástáil le cloig adamhacha

Rinne fisiceoirí tástáil agus deimhniú arís ar na tuartha a rinne teoiric Einstein ar choibhneasacht speisialta - a ceapadh breis agus 100 bliain ó shin.

Is é an chéad phrionsabal de Theoiric Speisialta Coibhneasachta Einstein an hipitéis go bhfuil an luach céanna ag luas an tsolais do gach breathnadóir is cuma cén luas atá siad ag bogadh. Céad bliain tar éis a bhunaithe, tar éis an iliomad tástálacha turgnamhacha, éalaíonn sé linn uaireanta cé chomh frith-iomasach atá an smaoineamh seo i ndáiríre.

D’fhéadfadh sé a bheith, áfach, - de réir samhlacha teoiriciúla imtharraingthe chandamach - nach mbaineann an aonfhoirmeacht spáis-ama seo le gach cáithnín. Tá tástáil déanta anois ag fisiceoirí ón Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) agus Ollscoil Delaware ar an hipitéis seo leis an gcéad chomparáid fhadtéarmach de dhá chlog optúla ytterbium - a dhéanann gaisteadh ar mhíle adamh ytterbium i ngreillí déanta as bíomaí léasair - ag an Physikalisch- Technische Bundesanstalt (PTB).

Leis na cloig seo - agus earráid fhéideartha ann nach bhfuil inti ach an dara ceann i ndeich mbilliún bliain - ba cheart go mbeifí in ann dialltaí an-bheag ar ghluaiseacht na leictreon in ytterbium a thomhas. Níor aimsigh na taighdeoirí i gceist aon athrú nuair a bhí na cloig dírithe go difriúil ar an spás.

Foilsítear na torthaí san eagrán reatha de Nature.

Spreagann léasair inúsáidte athshondas banda an-chúng in ian Yb + de chlog adamhach. Tá feidhm tonn leictreon staid corraithe na n-ian marcáilte i buí. Déantar dhá ian le feidhmeanna tonn atá dírithe ar dhronuillinneacha a cheistiú trí sholas léasair le haistriú minicíochta inchoigeartaithe chun difríocht minicíochta féideartha a thomhas. Rothlaíonn an socrú turgnamhach iomlán in éineacht leis an Domhan uair amháin sa lá i gcoibhneas leis na réaltaí seasta (Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB))

Feabhsaíonn an toradh seo an teorainn reatha chun siméadracht spáis-ama a thástáil trí thurgnaimh le fachtóir 100. Ina theannta sin, dearbhaíonn sé go bhfuil neamhchinnteacht tomhais chórasach an-bheag na gcloig optúla ytterbium níos lú ná 4 × 10E-18 .

Nocht Michelson agus Morley an smaoineamh faoi seasmhacht an tsolais ina dturgnamh eponymous 1887. Le cabhair ó idirghairmiméadar rothlach, rinne siad comparáid idir luas an tsolais feadh dhá aiseanna optúla ag rith go hingearach lena chéile.

Léaráid de thurgnamh mealltach simplí Michaelson agus Morley a nocht gné fíor-iontach den dúlra (Encyclopaedia Britannica)

Bhí toradh an turgnaimh seo, a rialaigh go héifeachtach go raibh an aether lonrúil - an meán trína gcreidtear solas ag iomadú - le feiceáil i gceann de na ráitis bhunúsacha i dTeoiric Speisialta Relativity Einstein - go bhfuil luas an tsolais mar an gcéanna i ngach treo. de spás.

Cuireann sé seo ar eolaithe ceist a chur an bhfuil feidhm ag an siméadracht spáis seo maidir le gluaisne cáithníní ábhair, nó an bhfuil aon treoracha ann a mbogann na cáithníní seo níos tapa nó níos moille cé go bhfanann an fuinneamh mar an gcéanna? Maidir le cáithníní a bhfuil fuinneamh ard acu, mar shampla, tuarann ​​samhlacha teoiriciúla imtharraingthe chandamach sárú siméadrachta i spás-am Lorenz - ainmnithe i ndiaidh Hendrik Antoon Lorentz.

Rinneadh turgnamh chun an tsaincheist seo a réiteach trí dhá chlog adamhacha a úsáid - gach ceann acu á rialú ag minicíocht athshondais ian Yb + amháin atá stóráilte i ngaiste.

Cé go bhfuil dáileadh siméadrach sféarúil ag leictreoin na n-ian Yb + sa stát talún, sa stát corraithe taispeántar feidhm tonn fada fada acu agus mar sin bogann siad go príomha feadh treo spásúil amháin.

Déantar treoshuíomh fheidhm na toinne a chinneadh trí réimse maighnéadach a chuirtear i bhfeidhm taobh istigh den chlog. Roghnaíodh treoshuíomh na páirce le bheith thart ar dhronuilleoga sa dá chlog. Tá na cloig suite go daingean i saotharlann agus rothlaíonn siad in éineacht leis an Domhan uair amháin sa lá (níos cruinne: uair amháin i 23.9345 uair) i gcoibhneas leis na réaltaí seasta.

Má bhí luas na leictreon ag brath ar threoshuíomh an spáis, ba cheart go mbeadh difríocht minicíochta idir an dá chlog adamhacha mar thoradh air seo, mar aon le rothlú an Domhain.

Sampla de chlog ytterbium ag an Institiúid Náisiúnta Caighdeán agus Teicneolaíochta (NIST)

D’fhonn a leithéid d’éifeacht a bhrath, rinneadh comparáid idir minicíochtaí na gclog Yb + ar feadh níos mó ná 1000 uair an chloig. Le linn an turgnaimh, níor tugadh faoi deara aon athrú idir an dá chlog don raon inrochtana de thréimhsí tréimhse ó chúpla nóiméad suas go dtí 80 uair an chloig.

Ar an meán thar an am tomhais iomlán, léirigh an dá chlog diall minicíochta coibhneasta níos lú ná 3 × 10E-18. Deimhníonn sé seo neamhchinnteacht chomhcheangailte an chloig a measadh roimhe seo a bheith 4 × 10E-18. Is céim thábhachtach í seo i tréithriú cloig adamhacha optúla ag an leibhéal cruinnis seo. Tar éis thart ar deich mbilliún bliain amháin a d’fhéadfadh na cloig seo imeacht óna chéile faoi shoicind.

Cruthaíonn sé arís, arís eile, tuar scanrúil teoiricí Einstein, fiú tar éis 100 bliain de thástáil.

Taighde bunaidh: Christian Sanner, Nils Huntemann, Richard Lange, Christian Tamm, Ekkehard Peik, Marianna S. Safronova, Sergey G. Porsev: Comparáid clog optúil le haghaidh tástála siméadrachta Lorentz. Nádúr (2019)