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超低温の原子は量子の領域で相対性理論をテストできる可能性がある

超低温原子の回転は相対性理論の限界を明らかにするのに役立つ可能性があるシャッターストック / ドミトリー・ライビン 軽くて極度に冷たい粒子で作られた小さな「観覧車」を使えば、研究者はアルバート・アインシュタインの相対性理論の一側面を前例のない小規模なスケールでテストできるようになるかもしれない。 アインシュタインが 1900 年代初頭に定式化した特殊相対性理論と一般相対性理論は、動いている時計が静止している時計よりもゆっくりと時を刻む可能性があることを明らかにし、私たちの時間の理解を再構築しました。十分に速く移動したり、十分に加速したりすると、測定時間は長くなります。ぐるぐると動いていることに気づいた場合にも、同じことが起こる可能性があります。これらの現象は比較的大きな物体で観察されてきたが、サウジアラビアのキング・サウード大学のヴァシリス・レンベシス氏とその同僚は今回、非常に小さなスケールでもそれらをテストする方法を考案した。 私たちが制御できる最小の物体（原子や分子）の回転と時間を研究するために、彼らは、可能な限り低い温度よりわずか数百万分の1度高い超低温の領域に目を向けました。ここでは、量子特性と原子や分子の運動を、レーザー光線と電磁場を使って極めて正確に操作することができます。実際、2007 年に Lembesis と他の数人の同僚は、原子を円筒の形状内に閉じ込めて回転させ続けるようにレーザー ビームを調整する方法を開発しました。彼らはこれを「光学観覧車」と呼んでおり、レンベシス氏は、彼のチームの新しい計算により、超低温粒子によって測定される相対論的な時間の遅れを観測するためにそれを使用できることが示されたと述べている。 彼らの計算は、窒素分子が量子世界での回転時間の遅れをテストするための良い候補であることを示しています。内部の電子の動きを内部時計の刻みとして考えると、研究者らは10京分の1という小さな刻み周波数の変化を検出することができた。 同時に、レンベシス氏は、光学観覧車を使った実験はこれまで比較的珍しいと述べた。このため、新しい提案は、新しい効果または予期せぬ効果が生じる可能性がある未踏の環境で相対性理論をテストするための扉を開きます。たとえば、超低温粒子の量子的性質は、時計の加速度がその刻みをどの程度変化させるかを決定する「時計仮説」に疑問を投げかける可能性があります。 「自然界の物理現象についての理解をチェックし、確認することが重要です。私たちが驚きや予期せぬ出来事に出会ったときこそ、理解を修正し、宇宙についてより深く理解する必要があります。この研究は、機械的なセットアップと比較していくつかの明らかな利点を持つ相対論的システムをチェックする別の方法を示唆しています」と英国のヘリオットワット大学のパトリック・オーバーグ氏は述べています。 たとえば、時間の遅れなどの相対論的効果には通常、非常に速い動きが必要だが、光学観覧車を使えば非現実的な速度を必要とせずにそれらにアクセスできるようになる、と英国のストラスクライド大学のエイダン・アーノルド氏は言う。 「原子時計の信じられないほどの精度を使えば…観覧車の原子によって『感じられる』時間の変化は顕著になるはずです。また、加速された原子はそれほど遠くまで移動しないため、この変化を測定する時間は十分にあります。」と彼は言います。 レーザービームの焦点を変えることで、粒子を閉じ込める観覧車のサイズも制御できる可能性があり、それによってさまざまな回転に対する時間遅延効果をテストできるとレンベシス氏は言う。しかし、原子や分子が回転するときに暖まって制御不能にならないようにするなど、技術的な課題もあるでしょう。 トピック: #超低温の原子は量子の領域で相対性理論をテストできる可能性がある