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Il principio di equivalenza di Einstein è nuovamente confermato: un esperimento satellitare misura la risposta della massa alla gravità in modo più accurato che mai

Un test nello spazio: il principio fisico di base dell’equivalenza debole ha mai superato il test più difficile, confermando così ancora una volta la teoria della relatività di Einstein. L’esperimento del satellite MICROSCOPE ha esaminato se la gravità agisce allo stesso modo su due diverse masse di prova. Per la prima volta la validità del principio di equivalenza è stata estesa a 10-15 Confermato esattamente. Ciò restringe notevolmente anche lo spazio per le estensioni della teoria della relatività, hanno riferito i fisici.

Fu notato da Galileo Galilei, doppiato da Isaac Newton, e Albert Einstein ne fece il suo pilastro. Teoria generale della relatività: Il principio di equivalenza debole afferma che in assenza di altre forze, gravità e accelerazione agiscono su tutti gli oggetti allo stesso modo, indipendentemente dalla loro massa e composizione. Ad esempio, il volano e i proiettili cadono alla stessa velocità nel vuoto.

La validità di questo principio di equivalenza è stata verificata e confermata in numerosi esperimenti, tra cui prove di caduta in laboratori e in orbita terrestre, nonché misurazioni laser della distanza lunare. Tuttavia, per escludere aberrazioni dovute a nuovi effetti fisici quantistici o particelle finora sconosciute, questi test devono essere molto accurati.

Il satellite MICROSCOPE contiene blocchi di prova la cui risposta gravitazionale viene misurata. © ONERA

Cilindri galleggianti come oggetti di prova

È ora disponibile una revisione più approfondita del principio di equivalenza. Si basa su un esperimento a bordo del piccolo satellite MICROSCOPE, che ha orbitato attorno alla Terra in un’orbita bassa sincrona solare dal 2016 al 2018. Per il test di parità debole, le forze elettrostatiche hanno tenuto in attesa un paio di blocchi di prova. I sensori dell’accelerometro ad alta sensibilità hanno registrato ogni movimento dei blocchi di prova.

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Una coppia di blocchi di prova consisteva in due cilindri dello stesso peso e dimensioni fatti di una lega pesante di platino e rodio e serviva come riferimento. Nella seconda coppia, uno di questi blocchi di prova è stato sostituito con un cilindro in titanio e alluminio più leggero. Se il satellite ora cambia il suo orientamento verso la Terra e quindi verso il campo gravitazionale del pianeta, ciò influisce sulle masse di prova. Se la reazione di blocchi di test disuguali devia l’uno dall’altro e dal riferimento, si tratta di una violazione del principio di equivalenza.

Già nel 2017 il team era guidato dal capo spedizione Pierre Topol del Centro di ricerca ONERA di Parigi primi risultati Da un esperimento satellitare pubblicato, che utilizzava il principio di equivalenza con una precisione di 10-14 è stato confermato.

Riconferma di equivalenza

Nel frattempo, i fisici hanno valutato i dati dell’esperimento MICROSCOPE ogni due anni e mezzo e hanno anche analizzato a fondo le potenziali fonti di errore e i fattori di incertezza. Il risultato: “Non abbiamo riscontrato alcuna violazione del principio di equivalenza debole, e quindi abbiamo fissato finora i limiti massimi per la sua validità”, secondo Topol e il suo team. I loro test hanno raggiunto una precisione di 10 .-15.

Di conseguenza, questa verifica del principio di equivalenza esclude anche deviazioni da questo aspetto della teoria della relatività fino a questo livello. “Abbiamo anche stabilito nuove e migliori frontiere per qualsiasi teoria futura”, afferma il coautore Gil Mitris dell’Osservatorio della Costa Azzurra. Perché se ci sono ancora particelle o forze sconosciute che causano deviazioni dal principio di equivalenza, allora i loro effetti possono manifestarsi solo al di fuori dei limiti ora stabiliti.

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Frontiere della “Nuova Fisica”

Questo è importante, ad esempio, per la ricerca di particelle di materia oscura o per interazioni che operano su larga scala. “Allo stesso tempo, l’esperimento MICROSCOPE apre la strada a nuovi e più ambiziosi test del principio di equivalenza nello spazio”, spiega il team. “Tuttavia, non ci aspettiamo ulteriori miglioramenti nell’accuratezza di tali test nei prossimi dieci o due anni”. (Lettere di revisione fisica, 2022; doi: 10.1103/PhysRevLett.129.121102)

Fonte: Società di fisica americana