دقيق*ترين آزمايش نسبيت عام، بر روي ميزتحرير انجام شد

دقيق*ترين آزمايش نسبيت عام، بر روي ميزتحرير انجام شد

با اندازه*گيري تفاوت بسيار اندك دو ساعت كوانتومي با فاصله 0.1 ميلي*متر از يكديگر، مشخص شد پيش*بيني نظريه نسبيت عام درمورد كند شدن زمان در اثر ميدان گرانشي، درست*تر از آني است كه پيش از اين تصور مي*شد.
مجيد جويا: با اندازه*گيري يك تفاوت بسيار اندك در دو ساعت كوانتومي، فيزيكدان*ها ثابت كردند كه يكي از پايه*هاي نظريه گرانش آلبرت اينشتين محكم*تر از آني است كه پيش از اين تصور مي*شد.
اين آزمايش، تازه*ترين نمونه از سري آزمايش*هايي است كه دانشمندان براي موشكافي يكي از پيش*بيني*هاي اينشتين انجام داده*اند، اين*كه ساعت*ها در ميدان*هاي جاذبه*اي قوي*تر، آهسته*تر كار مي*كنند.
به گزارش نيچر، براي چندين دهه دانشمندان ساعت*ها را در ارتفاعات بالاتري كه جاذبه زمين در آنها كمتر است، قرار مي*دادند و تغييرات متعاقب آن را اندازه*گيري مي*كردند. از يك ساعت در يك برج دانشگاه هاروارد در دهه 1960، تا ساعت*هايي كه در دهه 1970 در هواپيماها قرار مي*گرفتند، تا ساعتي كه در سال 1980 در يك راكت قرار گرفت و هزاران كيلومتر دورتر از سطح زمين به فضا ارسال شد؛ دانشمندان هر چه تلاش كردند، نتوانستند نشان دهند كه نظريه اينشتين اشتباه بوده است.
http://khabaronline.ir/images/2010/2...ravity.png.jpg
اكنون، گروهي كه توسط هولگر مولر از دانشگاه بركلي كاليفرنيا هدايت مي*شوند، تاثير جاذبه را بر تغيير زمان ده*هزار بار دقيق*تر از هر آزمايشي كه تا پيش از اين انجام شده بود، اندازه*گيري كرده*اند. آنها نشان دادند كه تاثير جاذبه بر زمان با دقت7 قسمت در ميليارد قابل پيش*بيني است.
نكته جالب توجه اين آزمايش در اين بود كه آنها اين كار را تنها با استفاده از دو ساعت آزمايشگاهي انجام دادند كه بيش*از يك دهم ميلي*متر اختلاف ارتفاع نداشتند؛ و اين يعني انجام آزمايشي بر روي يك نظريه بسيار پيچيده با استفاده از مجموعه*اي كه در دنياي امروز آزمايش*هاي بزرگ و پيچيده فيزيكي، بي*اندازه ابتدايي به نظر مي*رسد.
«انجام آزمايش*هاي بسيار دقيق روي ميز آزمايشگاه چيزي نيست كه تنها مربوط به گذشته باشد»، اين عقيده مولر است. تيم تحقيقاتي وي نيز شامل آكيم پيترز از دانشگاه هومبولت برلين و استيون چو، شخص وزير انرژي ايالات متحده بود.
ساعت اتمي، كاربردهاي ديگري هم دارد
http://khabaronline.ir/images/2010/2...19_7_28_43.jpgبسياري از ساعت*هاي اتمي از پالس*هاي بي*نهايت منظم اتم*ها استفاده مي*كنند كه بين حالت*هاي تحريك شده انرژي تغيير حالت مي*دهند. ولي آزمايش مولر بر فركانس بنيادين كوانتوم اتم سزيوم با انرژي حالت عدم تحريك اتم اتكا داشت. اين فركانس به*قدري بزرگ است كه فيزيكدان*ها هيچ*گاه گمان نمي*كردند كه روزي بتوان از آن به عنوان ساعت استفاده كرد. ولي يك تداخل*سنج ويژه مي*تواند تفاوت بين دو ساعت اين چنيني را كه تحت تاثير نيروهاي متفاوت جاذبه قرار دارند، اندازه*گيري كند.
يون يي، متخصص ساعت*هاي اتمي از مركز مشترك اخترفيزيك آزمايشگاهي در بولدر كلرادو مي*گويد:* «چيزي كه در مورد كار آنها جالب توجه است، اين است كه آنها از كل اتم به عنوان يك ساعت استفاده مي*كنند».
مولر و گروهش، اتم*هاي سزيوم را به يك قوس در طول يك فاصله خلا پرتاب كردند و آن*ها را تا نزديكي صفر مطلق سرد كردند. در ميانه مسير، فوتون*هايي از يك ليزر اتم*ها را به دو حالت متناوب مكانيك كوانتوم تقسيم كرد. در يكي از آن دو، يك اتم يك فوتون را جذب كرد و قوس حركتي آن به ميزان اندكي بالاتر رفت، و به اين ترتيب از ميزان جاذبه براي آن اندكي كاسته شد و زمان هم كمي سرعت گرفت. در ديگري اما، اتم در قوس پاييني ماند، جايي كه جاذبه قوي*تر بود و زمان هم اندكي آهسته*تر بود. يك تفاوت فاز در فركانس بنيادين اين دو اتم، كه توسط تداخل*سنج اندازه*گيري شد، نشان دهنده يك تفاوت اندك در زمان بود.
تله*هاي ليزري
http://berkeley.edu/news/media/relea.../steve-chu.jpgاين آزمايش از يك تله ليزري اتم بهره مي*برد كه استيون چو آن را اختراع كرد و برنده جايزه نوبل در سال 1997 / 1376 شد. داده*ها براي تحقيق كنوني كوتاه زماني بعد از آن گردآوري شدند، هنگامي كه چو در حال استفاده از اين مجموعه براي اندازه*گيري يك ثابت متفاوت بود، شتاب جاذبه.
ولي مولر مي*گويد كه در اكتبر 2008 / مهر 1387، گويي به او الهام شد كه مي*توان از داده*هاي مشابهي براي نشان دادن ثابت بودن تاثير جاذبه بر زمان استفاده كرد. او ابتدا اي*ميلي براي چو فرستاد، و سپس اي*ميل ديگري براي مدير آزمايشگاه ملي لاورنس بركلي در كاليفرنيا، كه سه روز بعد به او پاسخ داد و از ايده وي استقبال كرد.
چو نيز در پاسخ به اي*ميل خبرنگار نيچر، گفت كه او زمان كار بر روي تحقيق كنوني را در طول شب*ها، آخر هفته*ها و در جريان سفرهاي هوايي به دست آورده بود (بعد از انجام 70 تا 80 ساعت كار هفتگي به عنوان وزير انرژي! ايالات متحده)
نتايج اين آزمايش مي*توانست يك روز كاربردهاي عملي داشته باشد. اگر تاثير جابجايي زمان جاذبه ثابت نباشد، آن*گاه پژوهشگران شايد مجبور شوند در مورد ميزان دقت ساعت*هاي اتمي جديد كه با ماهواره*هاي سيستم موقعيت*ياب جهاني به مدار زمين فرستاده مي*شوند، دوباره فكر كنند. ولي مولر نشان داد كه اين تاثير به طور غير عادي با نتايج آزمايش سازگاري دارد. او مي*گويد: «اكنون ما مي*دانيم كه فيزيك درست است».
اين آزمايش همچنين بر مجموعه ساعت اتمي در فضا (ACES) فشار وارد مي*آورد، آزمايشي كه توسط سازمان فضايي اروپا در حال انجام است و قرار است كه تا سال 2013 / 1392به ايستگاه فضايي بين المللي بپيوندد. تحقيق كنوني در عين حال اندازه*گيري*هاي كنوني ACES از تاثير جابجايي زماني جاذبه را تا سه رقم اعشار بهبود مي*بخشد.
كريستوف سالومون پژوهشگر ارشد ACESمي*گويد كه اين ماموريت تقريبا 100 ميليون يورو هزينه در بر خواهد داشت، كه هزينه پرتاب آن را نيز بايد به آن اضافه كرد. در مقابل، به گفته مولر، آزمايش مولر بر روي ميز آزمايشگاه، در مجموع چيزي كمتر از يك ميليون دلار هزينه داشته است. سالومون مي*گويد كهACES هنوز معتبر است چرا كه دو آزمايش بنيادين ديگر را در زمينه فيزيك انجام خواهد داد، و همچنين به پژوهشگران كمك خواهد كرد تا هماهنگي ساعت*هاي اتمي زميني را نيز بهتر كنند.
كليفورد ويل، ازفيزيكدانان دانشگاه واشينگتن در سنت لوئيز ميسوري، مي*گويد كه نتيجه آزمايش مولر پنجره*اي را كه اكنون براي نظريه*هاي جايگزين در مورد جاذبه وجود دارد و برخي از نظريه پردازان در حال كار بر روي آنها هستند، باريك*تر خواهد كرد.
ويل همچنين از اين كه چو وقتي براي همكاري با اين تحقيق پيدا كرده بود، شگفت*زده شده بود. او مي*گويد: «آخرين باري كه يك عضو كابينه رئيس*جمور، مقاله*اي را در مجله نيچر در مورد فيزيك بنيادين منتشر كرده بود، چه زماني بود؟».