Группа физиков из Калифорнийского университета в Беркли (США) и Берлинского университета им. Гумбольдта (Германия) сумела снизить погрешность измерения гравитационного замедления времени в 10 тысяч раз, проведя успешный лабораторный эксперимент с атомами цезия. Теория относительности предсказывает, что темп хода часов, находящихся в гравитационном потенциале U, будет отличаться в (1 + U•c
-2) раз от скорости хода таких же часов, помещенных вне потенциала. Этот эффект называют гравитационным замедлением времени (гравитационным красным смещением). Самой удачной его проверкой считался опыт 1976 года, в котором изучалась разность хода атомных часов, расположенных на поверхности Земли и поднятых на высоту 10 000 км; точность этих измерений составила 7•10
-5.
Авторы работы провели куда менее затратный лабораторный опыт с атомами цезия, охлажденными до чрезвычайно низкой температуры и захваченными в ловушку. Для наблюдения эффекта замедления времени использовались три лазерных импульса. Первый вводил атомы в суперпозицию двух равновероятных состояний, в одном из которых они «подбрасывались» на 0,1 мм выше, чем в другом; второй корректировал две возможные траектории атомов (см. рис.) таким образом, чтобы они встретились; третий позволял наблюдать интерференционную картину и измерять разность фаз, соответствующих двум состояниям (с атомом, напомним, связана волна де Бройля, отражающая принцип корпускулярно-волнового дуализма).
Успех эксперимента обеспечила огромная частота волны де Бройля, примерно равная 3•1025 Гц. За 0,3 с свободного падения волны материи на верхней и нижней траекториях накапливают разность «ощущаемого» ими времени всего в 2•10
-20 с, но их колоссальная частота и высокое качество интерферометра позволили достичь точности измерений в 7•10
-9. «Если бы время свободного падения было увеличено до 14 млрд лет (возраста Вселенной), разность времен на верхней и нижней траекториях составила бы тысячную долю секунды», — комментирует участник исследования Хольгер Мюллер (Holger Müller).
В будущем авторы планируют еще больше повысить точность измерений, увеличив расстояние между атомами в двух состояниях. Если, к примеру, дистанцию когда-нибудь удастся довести до 1 м, в аналогичном по сути эксперименте можно будет зарегистрировать гравитационные волны.
Полная версия отчета опубликована в журнале Nature.
(с)
http://science.compulenta.ru/507673/?r1=yandex&r2=news
