Experiment Hughes-Drever

Archiu:Lithium-7- caps block 0 spectrum of LiCl (1M) in caps block 1 .gif

Espectre de resonància magnètica nuclear (RMN) de l'isòtop ⁷Li contingut en el compost LiCl (1M) en D₂O. L'única i estreta llínea RMN d'este isòtop de liti és una evidència de la isotropía de la massa i l'espai.

Els experiments de Hughes–Drever, també cridats experiments de comparació de rellonges, d'anisotropía de rellonge, d'isotropía de massa o d'isotropía d'energia, són comprovacions espectroscópicas de l'isotropía de la massa i l'espai. Com en els experiments de Michelson i Morley, es pot posar a prova l'existència d'un sistema de referència preferent o d'atres desviacions de l'invariancia de Lorentz, lo que també afecta a la validea del principi d'equivalència. Per lo tant, estos experiments tenen que vore en aspectes fonamentals tant de la relativitat especial com de la relativitat general. A diferència dels experiments del tipo de Michelson i Morley, els experiments de Hughes i Drever comproven la isotropía de les interaccions de la matèria mateixa, o siga, de protonés, neutronés i electronés. La precisió alcançada fa d'esta classe d'experiments una de la confirmacions més rigoroses de la relativitat.

Experiments de Hughes i Drever

Giuseppe Cocconi i Edwin Ernest Salpeter (1958) havien teorizado que l'inèrcia depén les masses que la rodegen segons el principi de Mach. Una distribució no uniforme de la matèria conduiria, per tant, a anisotropía de l'inèrcia en direccions diferents. Arguments heurísiticos els varen dur a creure que qualsevol anisotropía inercial, si existira, estaria dominada per les contribucions de massa del centre de la nostra galàxia Via Làctea. Varen argumentar que esta anisotropía podria observar-se de dos maneres: medint la divisió Zeeman en un àtom, o en l'estat nuclear excitat de el ⁵⁷Fe usant l'efecte Mössbauer.

Vernon W. Hughes et al. (1960) i Ronald Drever (1961) varen dirigir de manera independent experiments espectroscópicos similars per a comprovar el principi de Mach. No obstant, no varen utilisar l'efecte Mössbauer, sino que varen fer mides de resonància magnètica del núcleu de liti-7, que el seu estat fonamental posseïx un espin de Plantilla:Frac. L'estat fonamental es dividix en quatre nivells d'energia magnètica igualment espayats quan es medix en un camp magnètic d'acort en el seu número quàntic magnètic permés. Les funcions d'ona nuclears per als distints nivells d'energia tenen diferents distribucions espacials en relació en el camp magnètic, i per tant tenen diferents propietats direccionals. Si es complix la isotropía de massa, cada transició entre un parell de nivells adjacents deuria emetre un fotó d'igual freqüència, resultant en una única i estreta llínea en l'espectre. Per un atre costat, si l'inèrcia depén de la direcció, deuria observar-se un triplet de llínees de resonància més amples. Durant les 24 hores del desenroll de la versió de Drever de l'experiment, la Terra va girar i l'eix del camp magnètic va agranar diferents seccions del cel. Drever va prestar particular atenció al comportament de la llínea espectral mentres el camp magnètic creuava el centre de la galàxia. Ni Hughes ni Drever varen observar cap desplaçament de la freqüència dels nivells d'energia i, per l'alta precisió dels seus experiments, la anisotropía màxima podria ser llimitada a 0,04 Hz ( 10⁻²⁵ GeV).

Pel que fa a les conseqüències del nul resultat per al principi de Mach, Robert H. Dicke (1961) va demostrar que açò està d'acort en el principi, sempre i quan la anisotropía espacial siga la mateixa per a totes les partícules. Per tant el resultat nul està més be mostrant que els efectes de la anisotropía inercial són, si existixen, universals per a totes les partícules i localment inobservables.

Interpretació moderna

Encara que la motivació d'este experiment era provar el principi de Mach, ha aplegat a ser reconegut com una important prova de la invariancia de Lorentz i, per tant, de la relativitat especial. Açò és aixina perque els efectes de la anisotropía també es manifestarien si existira un sistema de referència preferent o un sistema de referència que violara el model de Lorentz, usualment identificats en el sistema de referència en repòs de la radiació de fondo de microones o en algun tipo d'éter luminífero (velocitat relativa ca. 368 km/s). En conseqüència, els resultats negatius dels experiments de Hughes i Drever (aixina com l'experiment de Michelson i Morley) descarten l'existència de tal sistema de referència. En particular, els ensajos de Hughes i Drever per a intentar detectar violacions del model de Lorentz es descriuen a sovint en una teoria de comprovació de la relativitat especial proposta per Mark P. Haugan i Clifford Will. D'acort en este model, les violacions dels principis de Lorentz en sistemes de referència preferents poden dur a diferències entre la màxima velocitat alcanzable per partícules en massa i la velocitat de la llum. Si foren diferents, les propietats i freqüències de les interaccions de la matèria podrien canviar també. Ademés, és una conseqüència fonamental del principi d'equivalència de la relativitat general que la invariancia de Lorentz es conserva localment en sistemes de referència que es mouen lliurement (invariancia local de Lorentz, LLI). Açò significa que els resultats d'este experiment s'apliquen tant a la relativitat especial com a la general.

Pel fet de que es comparen diferents freqüències ("rellonges"), estos experiments es denominen també ensajos de comparació de rellonges.

Vore també

• Proves de la relativitat especial