廣義相對(duì)論弱等價(jià)原理獲最精確檢驗(yàn)

在2022 年9 月14 日發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》特刊的新研究中，一組研究人員對(duì)廣義相對(duì)論中的弱等效原理（WEP）進(jìn)行了迄今為止最精確的測(cè)試。研究報(bào)告描述了MICROSCOPE 項(xiàng)目的最終結(jié)果，該項(xiàng)目旨在通過(guò)測(cè)量繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星中自由落體的加速度來(lái)測(cè)試該原理。研究發(fā)現(xiàn)，成對(duì)物體的加速度差異不超過(guò)大約10～15，這排除了任何對(duì)弱等效原理的違反或與當(dāng)前對(duì)廣義相對(duì)論在該層面上的理解偏差。

廣義相對(duì)論描述了引力如何發(fā)揮作用以及如何與時(shí)間和空間相關(guān)聯(lián)。但由于該理論沒(méi)有考慮到對(duì)量子現(xiàn)象的觀察，研究人員在不斷提高的精度水平和各種條件下尋找與理論的偏差。違反將暗示新的相互作用或力，可將相對(duì)論與量子物理學(xué)結(jié)合起來(lái)。檢驗(yàn)WEP 是尋找廣義相對(duì)論潛在延伸的一種方法。

根據(jù)WEP，引力場(chǎng)中的物體在沒(méi)有其他力作用時(shí)以相同的方式下落，即使它們的質(zhì)量或成分不同。為了測(cè)試這一原理，MICROSCOPE 團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了試驗(yàn)，以極高的精度測(cè)量E?tv?s 比率，該比率與兩個(gè)自由落體的加速度相關(guān)聯(lián)。如果一個(gè)物體的加速度與另一個(gè)物體的加速度相差超過(guò)大約10～15，則該試驗(yàn)將對(duì)其進(jìn)行測(cè)量并檢測(cè)這種違反WEP 的行為。

研究人員用鉑和鈦合金作為測(cè)試目標(biāo)，監(jiān)測(cè)了它們?cè)贛ICROSCOPE 衛(wèi)星中繞地球運(yùn)行時(shí)的加速度，試驗(yàn)儀器采用靜電力將成對(duì)的測(cè)試目標(biāo)保持在相同位置，尋找這些力可能存在的差異，這將表明物體加速度的差異。

該團(tuán)隊(duì)的工作為通過(guò)衛(wèi)星試驗(yàn)對(duì)WEP 進(jìn)行更精確的測(cè)試鋪平了道路。他們的分析包括改進(jìn)試驗(yàn)裝置的方法，例如減少影響加速度測(cè)量的衛(wèi)星涂層中的裂紋，以及用非接觸式設(shè)備替換裝置中的電線。