Korzystanie z wzbudzeń atomowych do pomiaru rotacji przestrzeni czasu.

29 sierpnia 2024 cecha W tym artykule przeprowadzono recenzję zgodnie z procesem redakcyjnym i politykami Science X. Redaktorzy podkreślili następujące cechy, dbając jednocześnie o wiarygodność treści: sprawdzona pod względem faktów wersja wstępna zaufane źródło sprawdzona pod względem merytorycznym autorstwo: David Appell, 

Phys.org Jakie byłyby zachowanie atomów w pobliżu supermasywnego obiektu? Wiemy, jak zachowują się atomy w skrajnie słabej grawitacji, jak ta na powierzchni Ziemi: Mogą być pobudzone z niższego poziomu energetycznego na wyższy, gdy elektron pochłonie foton lub jądro pochłonie promieniowanie gamma, itd. Ale co się stanie, jeśli atom znajduje się w silnym polu grawitacyjnym, takim jak to w pobliżu supermasywnej, obracającej się czarnej dziury lub obracającej się gwiazdy neutronowej? 

Dwóch naukowców z Beijing Computational Science Research Center w Chinach ustaliło, że ilość pobudzenia będzie również zależeć od prędkości, z jaką obraca się przestrzeń czasu na zewnątrz masywnego obiektu. Faktycznie, jak twierdzą, odwrotny obraz może być użyteczny: Pomiar zmian w zbiorze pobudzeń może być wykorzystany do określenia prędkości obrotu przestrzeni czasu, zjawisko to nazywa się wiskoznością ramki. Wyniki zostały opublikowane na serwerze wstępnych artykułów arXiv. Wiskozność ramki jest przewidywaniem teorii grawitacji Einsteina, zwanym ogólną teorią względności. 

Tak jak nieruchoma czarna dziura deformuje przestrzeń czasową wokół siebie, powodując horyzont zdarzeń i pozorną osobliwość w jej centrum, to austriaccy fizycy Josef Lense i Hans Thirring stwierdzili w 1918 r., że obrót masywnego obiektu wciągnie przestrzeń czasową wokół niego w kierunku obrotu. Pomiary odległości i kątów będą więc zmienione w pobliżu masy, a przestrzeń i czas mogą być nawet częściowo pomieszane względem obserwatora z dala. 

Znany jako efekt Lense-Thirringa, efekt istnieje nawet w granicach 'słabego pola' równania Einsteina, tak jak przestrzeń czasowa w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnej dziury, gdzie grawitacja nie jest nadmiernie silna (ale silniejsza niż na Ziemi). NASA i inne grupy znalazły dowody astronomiczne na wiskozność ramki, chociaż badacze twierdzą, że pomiary muszą być uszczelnione. Prędkość obrotowa wiskozności zależy od momentu pędu masy (jak szybko się obraca) i masy, a także od odległości od niej. W tej pracy naukowcy założyli małą masę (taką jak atom lub inny obiekt z poziomami energetycznymi) otoczoną prostym polem kwantowym, które istnieje wszędzie poza centralnie obracającą się masą. Cząsteczki związane z polem kwantowym mają zerowy spin (w sensie mechaniki kwantowej); jednym przykładem jest pole elektromagnetyczne, gdzie nośniki siły pola, fotony, mają zerowy spin. 

Czy częstotliwość kątowa wiskozności ramki odzwierciedlałaby szybkość pobudzenia atomu? W prostszej sytuacji czarnej dziury nierotującej, tzw. 'rozwiązanie Schwarzschilda' dla równań Einsteina, nie ma wiskozności ramki. Wiadomo, że atom w spoczynku zostanie pobudzony przez promieniowanie Hawkinga czarnej dziury, promieniowanie emitowane z spektrum częstotliwości ciała doskonale czarnego, które wytwarza się na horyzoncie zdarzeń otaczającym czarną dziurę. Szybkość pobudzenia atomu zawiera informacje o sile pola grawitacyjnego na horyzoncie zdarzeń. Jednak w przypadku obracającej się masywnej czarnej dziury, która ma tzw. 'rozwiązanie Ker...

Aby dalej rozwijać swoją analizę, Liu i Sun rozważali różne energie wzbudzenia dla atomów obracających się z różnymi prędkościami kątowymi i różnymi odległościami od masy centralnej i stwierdzili, że wskaźniki wzbudzenia wszystkie występowały między 0 a górnym ograniczeniem dla wszystkich wartości częstotliwości obrotowej ciągnięcia ramką.

Piszą, 'Efekt ciągnięcia ramką generuje odrębny wskaźnik wzbudzenia dla atomów poddanych ruchowi okrężnemu.' To górne ograniczenie można zmierzyć, a szybkość obrotu częstotliwości obrotowej ciągnięcia ramką można wywnioskować z niej i promienia ruchu.

Zauważają, że ich podejście wykorzystuje nielokalne właściwości pól kwantowych, znane również jako splątanie, wykorzystując pomiarów, które nie zależą od tradycyjnej kalibracji gwiazdowej, która wykorzystuje gwiazdy o znanych właściwościach świetlnych do określenia jakości i niezawodności czujników na teleskopie.

Więcej informacji: Rui-Chen Liu et al, Efekt ciągnięcia ramką na wskaźnik wzbudzenia atomów, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2408.13016

Informacje o czasopismie: arXiv

© 2024 Sieć Science X