Verwendung der Zeitdilatation zur Messung der Krümmung der Raumzeit

Abb. S1. 52hk Gradiometermodell, Rx = 5,8 cm. Oben links: Auslenkung des oberen Arms (hellblau), des unteren Arms (dunkelblau) und des Mittelpunkts (schwarz) des oberen 52hk-Interferometers aufgrund der Quellenmasse als Funktion der Zeit, skaliert mit –52k. Oben rechts: Auslenkung des oberen Arms (hellblau), des unteren Arms (dunkelblau) und des Mittelpunkts (schwarz) des unteren 52hk-Interferometers, skaliert mit –52k. Unten links: Zeitintegral des Quellenmassenpotentials entlang des oberen Arms (hellrot) und des unteren Arms (dunkelrot) des oberen 52hk-Interferometers. Unten rechts: Zeitintegral des Quellenmassenpotentials entlang des oberen Arms (hellrot) und des unteren Arms (dunkelrot) des unteren 52hk-Interferometers. Quelle: DOI: 10.1126/science.abl7152

Ein Forscherteam der Stanford University hat die Zeitdilatation in einem Atombrunnen verwendet, um die Krümmung der Raumzeit zu messen. In ihrer Studie, berichtet in der Zeitschrift Wissenschaftnutzte die Gruppe den Springbrunnen als Interferometer, um Änderungen von Atomwellenpaketen zu messen, die Phasenverschiebungen entsprachen. Albert Roura vom Institut für Quantentechnologien des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt veröffentlichte in derselben Zeitschriftenausgabe einen Perspective-Beitrag, der die Arbeit des Teams in Kalifornien umreißt.

Der vom Team geschaffene Atombrunnen bestand aus einem 10 Meter hohen Turm mit einer Vakuumröhre – an der Spitze befand sich ein Ring, an dem ein Stück Wolfram befestigt war. Um den Springbrunnen zu benutzen, feuerten sie Laser unter einzelne Atome und drückten sie nach oben, und andere Laser feuerten von oben nach unten, um sie zu stoppen. Ein dritter Laserpuls erfasste das Atom, als es den Boden erreichte. In ihren Experimenten schoben die Forscher Atompaare den Brunnen hinauf und maßen die resultierenden Phasenverschiebungen, während sie den Brunnen auf und ab bewegten. Phasenverschiebungen wurden initiiert, indem die Atome in unterschiedlichen Abständen vom Wolfram an der Spitze der Fontäne gestoppt wurden. Der Aufbau demonstrierte Phasenverschiebungen aufgrund von Zeitdilatation, bei der, wie in Einsteins Relativitätstheorie beschrieben, die Zeit langsamer an massereichen Objekten vorbeigeht. In der Fontäne bewegten sich die Atome, die höher aufstiegen, näher an die Wolframmasse heran und erfuhren daher eine stärkere Beschleunigung, was zu einer Zeitverschiebung zwischen diesen und den Atomen führte, die nicht so hoch aufstiegen.

Die Experimente zeigten auch, dass der Aharonov-Bohm-Effekt auch für die Schwerkraft gilt, da ein Magnetfeld innerhalb eines zylindrischen Behälters Partikel treffen kann, die niemals in den Behälter gelangen. In ihrem Atombrunnen wurden Elektronen, die einzigartige Wege den Brunnen hinauf und hinunter nahmen, zu Überlagerungen gezwungen, und trotz des Magnetfelds in der Kammer wurde keine magnetische Kraft auf sie ausgeübt; dennoch gab es Hinweise auf Magnetfeldverschiebungen.



Source: Phys.org – latest science and technology news stories by phys.org.

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