Опубликованная Альбертом Эйнштейном в 1915 году общая теория относительности описывает, как работает гравитация и как она связана со временем и пространством. Однако он не учитывает наблюдения квантовых явлений. Поэтому ученые ищут отклонения от теории при повышении уровня точности и в различных ситуациях. Такие нарушения указывали бы на новые взаимодействия или силы, которые могли бы объединить теорию относительности с квантовой физикой. Проверка слабого принципа эквивалентности (WEP) — это один из способов поиска потенциальных расширений общей теории относительности.
Согласно WEP, объекты в гравитационном поле падают одинаково, когда на них не действуют никакие другие силы, даже если они имеют разные массы или составы. Чтобы проверить принцип, команда MICROSCOPE разработала свой эксперимент для измерения коэффициента Этвеша, который связывает ускорения двух свободно падающих объектов, с чрезвычайно высокой точностью. Если ускорение одного объекта отличается от ускорения другого более чем на одну часть из 10 в 15-ой степени, эксперимент измерит его и обнаружит это нарушение WEP.
В окончательном отчете о результатах миссии MICROSCOPE, которая проверила принцип путем измерения ускорений свободно падающих объектов на спутнике, вращающемся вокруг Земли, группа ученых обнаружила, что ускорения пар объектов различаются не более чем на одну часть на 10 в 15-ой степени. Это исключает любые нарушения принципа слабой эквивалентности или отклонения от текущего понимания общей теории относительности на этом уровне.
Чтобы измерить коэффициент Этвёша, исследователи отслеживали ускорение тестовых масс из сплава платины и титана, когда они вращались вокруг Земли на спутнике MICROSCOPE. Экспериментальный прибор использовал электростатические силы, чтобы удерживать пары тестовых масс в одном и том же положении относительно друг друга, и искал потенциальные различия в этих силах, которые указывали бы на различия в ускорениях объектов.
Команда запустила уникальный научный инструмент в 2016 году. Они опубликовали предварительные результаты в 2017 году, но продолжили анализ данных с учетом сбоев и систематических неопределенностей после завершения миссии в 2018 году. В конечном итоге они не обнаружили нарушения правил WEP, установив самые строгие ограничения на этот принцип.
Работа группы прокладывает путь к еще более точным испытаниям WEP с помощью спутниковых экспериментов. Их анализ включает в себя способы улучшения экспериментальной установки, такие как уменьшение потрескивания покрытия спутника, влияющего на измерения ускорения, и замена проводов в установке бесконтактными устройствами. Исследователи говорят, что спутниковый эксперимент, который реализует эти обновления, должен быть в состоянии измерить потенциальные нарушения WEP на уровне одной части на 10^17. Но результаты MICROSCOPE, скорее всего, какое-то время останутся наиболее точным ограничением WEP.