等效原理将接受迄今最精确测试

科技日报北京11月16日电 （记者刘霞）德国科学家已经将国际空间站上的钾原子和铷原子冷却到接近绝对零度，以对爱因斯坦广义相对论的基本原理（等效原理）开展迄今最精确测试，这也是国际空间站上进行的首个涉及两种极冷原子的实验。相关论文发表于15日出版的《自然》杂志。

等效原理是爱因斯坦广义相对论的一个关键原理，指当引力是作用在物体上的唯一力时，所有物体都以相同加速度下落，几十年来科学家一直在对该原理开展测试。迄今对该原理最灵敏的测试中，一项涉及在加利福尼亚州的一个特殊设施内使极冷的铷原子自由下落的测试；另一项则涉及探索引力对随卫星进入太空的物质质量会产生何种影响。莱布尼茨大学团队计划通过在太空中使用超冷原子，将上述两项测试结合在一起。

在最新研究中，团队使用了国际空间站上的冷原子实验室，以研究只有在原子极冷和引力极低时才能观察到的量子效应。在冷原子实验室内，原子被限制在芯片内，磁力和激光的推动、拉动和撞击会使其变得非常冷。在绝对零度以上仅十亿分之一摄氏度下，由于量子效应，这些原子的“行为”像一组重叠的“物质波”，而非单个粒子。

研究人员冷却了同一芯片上的钾原子和铷原子，然后有效地将芯片变成了两个独立的干涉仪。干涉仪会根据“物质波”碰撞产生的模式测量加速度，如果两个干涉仪记录的加速度值不同，等效原理就会被打破。

虽然研究人员已成功地在冷原子实验室中制造了两个干涉仪，但需要进一步优化，才能用其全面测试等效原理。在冷原子实验室获得的结果预计将比基于卫星的测试结果准确数百倍，比基于地球的实验结果准确数十万倍。

研究人员指出，等效原理是理解引力的基石，但这些实验不仅仅测试广义相对论，可能会有一些标准模型中没有囊括的新粒子打破这一原理。