科羅拉多大學(University of Colorado)國家標準與技術研究所(National Institute of Standards and Technology)的一組研究人員發現了一種利用原子鐘來證明廣義相對論原理的方法。該團隊發表了一篇論文,描述了他們在arXiv預印本伺服器上的工作。
愛因斯坦的相對論指出,時鐘執行在離大物體(如地球)較近的地方,其執行速度會慢於離大物體(如太空)較遠的地方。這種現象被稱為引力紅移,此前已經被研究人員證實。在這項新的研究中,研究人員透過測量一個非常小的原子鐘的“滴答聲”再次證明了這個理論是正確的。原子鐘的各個部件之間的間隔只有一毫米,一個比另一個高。他們指出,無論時鐘的大小和距離如何,廣義相對論都是正確的。
研究人員使用的原子鐘是由10萬個鍶原子組成的,這些原子經過了超冷處理,排列在垂直晶格中。然後,研究人員測量了晶格頂部原子的光波“擺動”的速率(時鐘的滴答聲),並將它們與底部原子的光波速率進行了比較;這種差異解釋了紅移。在進行測量時,研究人員還進行了修正,以消除其他可能影響他們的時鐘滴答作響的因素。他們發現,在一毫米的距離內,頻率發生了大約千萬分之一的千萬億分之一的變化——幾乎完全符合理論的預測。然後,研究人員在大約90小時內重複了多次實驗,比較了蜱蟲的差異,然後將它們相加平均。在這樣做的過程中,他們發現他們能夠獲得0.76萬億分之一個百分點的測量精度,這是一個新的記錄。
在一些相關的工作中,威斯康星大學的一個團隊創造了一個多路光學晶格時鐘,並使用它進行高精度差分時鐘比較。他們還在arXiv預印本伺服器上釋出了他們的工作。