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科技日報(bào)北京11月16日電 （記者劉霞）德國科學(xué)家已經(jīng)將國際空間站上的鉀原子和銣原子冷卻到接近絕對零度，以對愛因斯坦廣義相對論的基本原理（等效原理）開展迄今最精確測試，這也是國際空間站上進(jìn)行的首個涉及兩種極冷原子的實(shí)驗(yàn)。相關(guān)論文發(fā)表于15日出版的《自然》雜志。

等效原理是愛因斯坦廣義相對論的一個關(guān)鍵原理，指當(dāng)引力是作用在物體上的唯一力時，所有物體都以相同加速度下落，幾十年來科學(xué)家一直在對該原理開展測試。迄今對該原理最靈敏的測試中，一項(xiàng)涉及在加利福尼亞州的一個特殊設(shè)施內(nèi)使極冷的銣原子自由下落的測試；另一項(xiàng)則涉及探索引力對隨衛(wèi)星進(jìn)入太空的物質(zhì)質(zhì)量會產(chǎn)生何種影響。萊布尼茨大學(xué)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過在太空中使用超冷原子，將上述兩項(xiàng)測試結(jié)合在一起。

在最新研究中，團(tuán)隊(duì)使用了國際空間站上的冷原子實(shí)驗(yàn)室，以研究只有在原子極冷和引力極低時才能觀察到的量子效應(yīng)。在冷原子實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，原子被限制在芯片內(nèi)，磁力和激光的推動、拉動和撞擊會使其變得非常冷。在絕對零度以上僅十億分之一攝氏度下，由于量子效應(yīng)，這些原子的“行為”像一組重疊的“物質(zhì)波”，而非單個粒子。

研究人員冷卻了同一芯片上的鉀原子和銣原子，然后有效地將芯片變成了兩個獨(dú)立的干涉儀。干涉儀會根據(jù)“物質(zhì)波”碰撞產(chǎn)生的模式測量加速度，如果兩個干涉儀記錄的加速度值不同，等效原理就會被打破。

雖然研究人員已成功地在冷原子實(shí)驗(yàn)室中制造了兩個干涉儀，但需要進(jìn)一步優(yōu)化，才能用其全面測試等效原理。在冷原子實(shí)驗(yàn)室獲得的結(jié)果預(yù)計(jì)將比基于衛(wèi)星的測試結(jié)果準(zhǔn)確數(shù)百倍，比基于地球的實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確數(shù)十萬倍。

研究人員指出，等效原理是理解引力的基石，但這些實(shí)驗(yàn)不僅僅測試廣義相對論，可能會有一些標(biāo)準(zhǔn)模型中沒有囊括的新粒子打破這一原理。