Физики измерили замедление времени, Hi-Tech

Схема эксперимента. Фиолетовым показаны две траектории, соответствующие различным состояниям атома цезия, а стрелками - лазерные импульсы в различные моменты времени. Иллюстрация авторов исследования

Физики провели самый точный на сегодняшний день эксперимент по измерению гравитационного замедления времени, предсказываемого теорией относительности Эйнштейна. Статья ученых появилась в журнале Nature, а ее краткое изложение приводит Nature News.

Суть эксперимента заключалась в следующем. Атомы цезия, охлажденные почти до абсолютного нуля, при помощи лазера "подбрасывались" в воздух в специальной камере, после чего под воздействием силы тяжести начинали двигаться по дуге. В некоторый момент времени лазерный импульс переводил частицы в суперпозицию двух состояний - возбужденное и невозбужденное.

При этом траектория возбужденной частицы проходила на 0,1 миллиметра выше траектории невозбужденной. Эта разница в высоте вызывала различное воздействие гравитационного поля Земли на атомы. Спустя некоторое время второй лазерный импульс толкал возбужденные атомы вниз, сводя траектории, соответствующие разным состояниям, вместе.

Согласно одному из принципов квантовой механики (корпускулярно-волновому дуализму) атомы могут рассматриваться как волны. В данном случае частота волн цезия (волн Де Бройля) составляла 3x10²⁵ герц. Это слишком высокая частота, чтобы измерять ее непосредственно. Однако, как оказалось, интерференционную картину взаимодействия двух волн, соответствующих прошедшим по разным траекториям атомам, можно изучать. Специально для этого атомы облучались третьим импульсом.

В результате исследователям удалось измерить воздействие гравитации на замедление времени с точностью, на 4 порядка превосходящей результаты прежних экспериментов. Ученые отмечают, что полученные на практике результаты очень хорошо совпали с предсказываемыми теорией. Таким образом, новый эксперимент может расцениваться как очередное подтверждение теории относительности.

Примечательно, что измерения проводились на устройстве, умещающемся на нескольких столах. В прежних экспериментах атомные часы отправляли, в том числе, и в космос.