(Phys.org) - Fysiker har utfört ett test för att undersöka effekterna av universums expansion - i hopp om att svara på frågor som "påverkar universums expansion laboratorieexperiment?", "kan denna expansion förändra längden på fasta föremål och tiden mätt med atomklockor annorlunda, i strid med Einsteins likvärdighetsprincip? ", och "har rymdtiden en skumliknande struktur som något förändrar fotons hastighet över tid?", en idé som skulle kunna belysa sambandet mellan allmän relativitet och kvant gravitation.

I sin studie publicerad i Fysiska granskningsbrev , E. Wiens, A.Yu. Nevsky, och S. Schiller vid Heinrich Heine Universität Düsseldorf i Tyskland har använt en kryogen resonator för att göra några av de mest exakta mätningarna ännu på längdstabiliteten för ett fast föremål. Övergripande, resultaten ger ytterligare bekräftelse på Einsteins likvärdighetsprincip, som är grunden som teorin om allmän relativitet bygger på. Och i överensstämmelse med tidigare experiment, forskarna hittade inga tecken på rymdtidskum.

"Det är inte lätt att föreställa sig sätt att testa konsekvenserna av expansionen av universum som sker i laboratoriet (i motsats till att studera avlägsna galaxer), "Berättade Schiller Phys.org . "Vår metod är ett sätt att utföra ett sådant test. Att vi inte har observerat någon effekt överensstämmer med förutsägelsen av allmän relativitet."

Under fem månader, forskarna gjorde dagliga mätningar av resonatorns längd genom att mäta frekvensen av en elektromagnetisk våg fångad inuti den. För att undertrycka all termisk rörelse, forskarna drev resonatorn vid kryogen temperatur (1,5 grader över absolut noll). Dessutom, yttre störningar, som lutning, bestrålning med laserljus, och några andra effekter som kan destabilisera enheten hölls så små som möjligt.

För att mäta resonatorns frekvens, forskarna använde en atomur. Varje förändring i frekvens skulle indikera att förändringen i resonatorns längd skiljer sig från förändringen i tid mätt med atomklockan.

Experimentet upptäckte praktiskt taget ingen förändring i frekvens, eller "zero drift" - närmare bestämt, den genomsnittliga fraktionella driften uppmättes till cirka 10 ^-20 /andra, motsvarande en minskning av längden som forskarna beskriver som ekvivalent med att avsätta högst ett lager molekyler på resonatorns speglar under en period av 3000 år. Denna drift är det minsta värdet hittills för någon resonator.

En av de viktigaste konsekvenserna av nollresultatet är att det ger ytterligare stöd för likvärdighetsprincipen. Formulerad av Einstein i början av 1900 -talet, ekvivalensprincipen är tanken att tyngdkraft och acceleration-som den acceleration en person skulle känna i en uppåtgående accelerator i rymden-är likvärdiga.

Denna princip leder till flera relaterade begrepp, varav en är lokal positioninvarians, som säger att fysikens icke-gravitationella lagar (t.ex. elektromagnetism) är desamma överallt. I det nuvarande experimentet, vilken mängd resonansdrift som helst skulle ha brutit mot lokal positioninvarians. På liknande sätt, någon mängd resonansdrift skulle också ha kränkt allmän relativitet, eftersom allmän relativitet förbjuder förändringar i längden på fasta föremål som orsakas av universums expansion.

Till sist, experimentet försökte också upptäcka den hypotetiska förekomsten av rymdtidskum. En av effekterna av rymdtidskum skulle vara att upprepade mätningar av en längd skulle ge fluktuerande resultat. De konstanta mätresultaten som rapporteras här indikerar därför att sådana fluktuationer, om de finns alls, måste vara väldigt liten.

I framtiden, forskarna hoppas att den extremt exakta mättekniken som använder den kryogena resonatorn kan användas för andra applikationer.

"Ett av de största resultaten av detta arbete är att vi har utvecklat ett tillvägagångssätt för att göra och använda en optisk resonator som har extremt liten drift, "Sa Schiller." Detta kan ha tillämpningar på området för atomur och precisionsmätningar - till exempel för radarspårning av rymdfarkoster i djupt utrymme. "

© 2017 Phys.org