Διαστημικά ρολόγια δείχνουν παραβιάσεις στην σταθερότητα Lorentz

Από σελίδα του UniSci 4 Μαρτίου 2002

Η θεωρία του Einstein της σχετικότητας, διατηρεί διάφορα πράγματα ιερά. Ένα είναι η ιδέα ότι εάν περιστρέφετε ένα σωμάτιο ή αντικείμενο, ή το ωθείτε μέχρι μια υψηλή ταχύτητα, οι νόμοι της φυσικής που έχουν επιπτώσεις στο αντικείμενο, πρέπει να μένουν οι ίδιοι. 

Αυτό καλείται σταθερότητα (αμεταβλητότητα) Lorentz.

Αλλά σε μερικές "επεκτάσεις" του Καθιερωμένου Μοντέλου της Σωματιδιακής Φυσικής, οι αλληλεπιδράσεις των σωματίων με ορισμένα υποθετικά καθολικά πεδία (κατά προσέγγιση με πολύ ανάλογο τρόπο, με τον τρόπο που τα μποζόνια Higgs υποτίθενται πως δίνουν μάζα στα άμαζα σωματίδια) μπορούν να οδηγήσουν σε λεπτές παραβιάσεις της σταθερότητας Lorentz.

Σε ένα νέο έγγραφο, ο Alan Kostelecky του Πανεπιστημίου της Ινδιάνα και οι συνάδελφοί του,   επιδεικνύουν πώς μπορεί να αυτό να συμβεί, και πώς μια τέτοια παραβίαση θα μπορούσε να ανιχνευθεί σε πειράματα με συγκρίσεις ρολογιών που τώρα αναγνώσκονται (διαβάζονται) για το Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS). (Αναφορά: Bluhm et al., Physical Review Letters, 4 March 2002)

Γενικά, ένα ατομικό ρολόι λειτουργεί στέλνοντας μικροκύματα σε ένα δείγμα ψυχρών ατόμων καισίου και την ανάγνωση της μικροκυματικής συχνότητας της απορρόφησης, η οποία αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη κβαντική μετάβαση για τα ηλεκτρόνια στα άτομα του καισίου. Η τιμή τών παραμέτρων της μικροκυματικής συχνότητας χρησιμοποιείται για να καθορίσει "τα δευτερόλεπτα".

Εάν κάποιος μπορούσε να ψύξει τα άτομα του καισίου σε χαμηλότερες θερμοκρασίες (που μειώνουν έτσι το σφάλμα που προκαλείται από τις μετακινήσεις τους), ή να τα παρατηρήσει σε πιό μεγάλες περιόδους,  θα βελτιώνονταν έτσι η ακρίβεια ολόκληρης της διαδικασίας ανάγνωσης (και η τυποποίηση - η ακρίβεια του δευτερολέπτου).

Το καλύτερο παγκόσμιο ρολόι, το NIST F-1, έχει αυτήν την περίοδο μια αβεβαιότητα ενός μέρους προς 10¹⁵. Αυτό επιτυγχάνεται με την κατάψυξη των ατόμων του καισίου σε μια παγίδα, που ωθούνται μετά ήπια προς τα πάνω. Εκείνα που φθάνουν στην κορυφή της τροχιάς τους (υποκείμενα πάντα στην βαρυτική έλξη) και βρίσκονται στην πιό χαμηλή ταχύτητά τους είναι αυτά πού υποβάλλονται σε λουτρό μικροκυμάτων.

Μια σχετική συσκευή που βρίσκεται στο ISS, θα μπορούσε να αυξήσει την ακρίβεια της, επειδή τα άτομα δεν θα έπεφταν ποτέ (τουλάχιστον όχι σχετικά με την ατομική παγίδα) και θα μπορούσαν να επιλεχτούν για πιό μεγάλες περιόδους. Ο στόχος είναι να υπάρξουν διάφορα τέτοια "διαστημικά ρολόγια" σε τροχιά στα επόμενα λίγα έτη.

Σύμφωνα με τον γράφοντα Kostelecky, ορισμένα αποτελέσματα της παραβίασης Lorenz, που αναμένονται να παρουσιαστούν ως μια μικροσκοπική μετατόπιση του ενεργειακού επιπέδου ενός ατόμου, θα ήταν πιό προσιτά στις διαστημικές πλατφόρμες (ISS), χάρι στις ταχύτητες, τους ρυθμούς περιστροφής και τους προσανατολισμούς των ρολογιών που διατίθενται εκεί.

Τα αποτελέσματα των αναμενόμενων δοκιμών της παραβίασης Lorenz στο διάστημα, συγκρινόμενα με τα πειράματα που βασίζονται πάνω στη Γη,θα μπορούσαν να μετρηθούν με αβεβαιότητα, στο επίπεδο του ενός μέρους προς 10²⁷.