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常数和单位

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米歇尔森–莫雷实验是最好的

米歇尔森-Morley for the 21st century

迄今为止,德国的物理学家进行了最精确的迈克尔逊·莫雷实验,证实了光速在各个方向上都是相同的。该实验涉及旋转两个光学腔,大约是10个 比以前的实验精确两倍–比米歇尔森和莫利精确一亿倍’s 1887 measurement.

物理定律对于以恒定速度移动的实验室中发生的所有过程以及对于任何方向而言似乎都是相同的–基本概念称为洛伦兹对称。它的名字来自荷兰物理学家亨德里克·安东·洛伦兹(Hendrik Antoon Lorentz),他试图解释阿尔伯特·米歇尔森(Albert 米歇尔森)和爱德华·莫利(Edward Morley)的无效结果’著名的实验然后在1905年,阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)使用洛伦兹对称性作为他的相对论理论的假设。

洛伦兹的对称性迄今经受住了时间的考验,但是近年来,物理学家开始质疑它是否确实是自然界的精确对称性。它们的主要动力是字符串和环量子引力理论的发展,该理论试图使引力与量子物理学兼容,并允许洛伦兹对称性可能不完全成立的可能性。

为了发展这些理论和其他理论,物理学家需要知道光速在不同方向上是否不同以及何时不同。迈克尔逊和莫利通过将光分成彼此成直角传播的两个光束,被反射镜反射,然后彼此重新组合以产生干涉图样来解决此问题,该干涉图样取决于两条路径的长度不同。当干涉仪旋转时,这种模式的变化将表明光速在不同方向上是不同的。

漂浮在空中

在过去的120年中,物理学家改进了迈克尔逊·莫雷实验–其最新的化身可以在斯蒂芬·席勒(Stephan 席勒)中找到’的Heinrich-Heine大学的实验室ü塞尔多夫。仪器漂浮在1.3以上的稀薄空气垫上 吨花岗岩表。它包含两个光腔–本质上是成对反射光的镜子–两者都约为8.4 厘米长,彼此成直角。由于空腔的长度略有不同,因此它们的谐振频率也略有不同。

在实验中,激光束被分成两束,每个腔一个。然后,使用以下命令将波束的频率调谐到其相应腔的频率“声光调制器”. The two beams –现在有不同的频率–然后将它们重组以产生拍信号。如果光速在不同方向上不同,它将以不同步的方式影响两个腔的共振频率,然后可以将其检测为随着设备旋转而拍频的变化。

席勒及其同事Christian Eisele和Alexander Nevsky在将实验旋转约175,000时收集了数据 times over about 13 月,每次轮换需要90 秒。为了调查是否违反了洛伦兹对称性,研究小组使用标准模型扩展(SME)的简化版本分析了拍频测量的时间序列–一个数学框架,用19来描述违反洛伦兹对称性的情况 可测量的参数。

好一亿倍

席勒’的实验对其中的8个参数很敏感,因此研究小组能够证明4个参数为零至十分之二17;一是零到十分之一16;并且三个是零到十分之二13。席勒认为,这比以前对这些参数的测量结果提高了10倍以上,而系数约为100 比Michelson和Morley好一百万’的原始实验。

英国利兹大学的Ben Varcoe告诉 physicsworld.com 席勒’的实验似乎是迄今为止最精确的Michelson-Morley实验。他还指出,如果席勒及其同事能够将实验的精度提高几个数量级,那么它将对暗能量对光传播的影响变得敏感。

这个想法是,如果地球通过固定的暗能量沿特定方向移动,则可以将后者视为洛伦兹违规。 (Michelson和Morley由于发光的醚而正在寻找类似的违规行为,我们现在不知道它存在。)

灵敏度提升

席勒认为,在接下来的10年中,将实验的灵敏度提高1000倍应该是可行的 几年来通过对设备进行重大改进。

但是,目前大多数有关量子引力的理论都认为,洛伦兹的违规行为约为10级–30 –其他SME参数的一些天体测量中已经达到的精度。如何通过迈克尔逊·莫雷实验达到这样的水平“是未来的巨大挑战,” said 席勒.

这项工作在 体检信.

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