2007年7月19日 星期四

人造重力磁?

Towards a new test of general relativity?

http://www.esa.int/SPECIALS/GSP/SEM0L6OVGJE_0.html

由 ESA 資助的科學家首次在實驗室當中測量到與重力等價的磁場(重力磁場)。在一些特殊的情況下,這個效應比廣義相對論所預期的還要大很多,並且能幫助物理學家朝受到長期歡迎的量子重力論跨出顯著的一步。

如同一個移動中的電荷會產生磁場一般,一個移動的質量也會產生重力磁場(gravitomagnetic field)。根據愛因斯坦的廣義理論,這個效應事實上是微不足道的。然而,奧地利 ARC Seibersdorf Research GmbH 的Martin Tajmar、巴黎 ESA 總部的 Clovis de Matos 以及其同僚卻在實驗室當中測量到此效應。

他們的實驗涉及到一個環型的超導體物質在每分鐘旋轉了 6500 次。超導體是特殊的物質,會在某種溫度下喪失全部的電阻。旋轉的超導體會產生一個微弱的磁場,所以也叫做 London moment。這個新實驗是為了測試 Tajmar 與 de Matos 的猜想,這個實驗可以解釋 Cooper-pairs(目前超導體當中的載體。費米子之一的電子會兩兩成對,形成超導電子態)的高精度質量測
量與他們經由量子理論所作的預測之間的差異。他們已經發現這種破格現象或許能以旋轉超導體當中出現的重力磁場來解釋(這個效應為了要與其磁性的相似物做類比,已經被命名為 Gravitomagnetic London Moment。)

小型加速感應器被裝在靠近旋轉超導體的四周,超導體必須被加速以便這個效應能夠顯而易見,並且能夠記錄到超導體之外的加速度場,這個加速度場顯然是因 gravitomagnetism(重力磁說)而產生的。

"這個實驗很像法拉第(Faraday)於 1831 年所作的電磁場感應實驗的重力版本(重力磁場)。

它展示一個超導迴轉儀,可以產生相當具有威力的重力磁場,很像磁圈的重力版本。依據更進一部的確認,這項效應可以當作新科技領域的基石,可以在太空與其他高科技領域產生很多應用," de Matos 表示。雖然只因為地球的重力場而加速了一億分之一,這個經過測量的場,令人驚訝的比愛因斯坦所預測的還要大上億兆分之一倍(1/10^22)。

最初,研究人員勉強相信他們的研究結果。

"我們跑了 250 次實驗,並且在發表之前,花了 3 年的時間改進設備,還花了超過 8 個月的時間討論結果的正確性。現在我們確信這項測量,"Tajmar 表示。他完成該實驗,並且希望其他物理學家也能夠進行他們自己版本的實驗,以便能夠確認這項發現,並且排除因儀器所產生的效應。

在他們對其猜想進行平行實驗評估的同時,Tajmar 與 de Matos 也在尋找Gravitomagnetic London Moment 更精練的理論模型。他們從超導性得到靈感。超導體的電磁特性已在量子理論當中解釋過。理論當中假想一種能夠攜帶力量的粒子(force-carrying particles),稱為光子,以獲得質量。經由允許一種能夠攜帶重力的重力子(gravitons),讓它變更重,他們發現這個超大的重力磁場能夠形成。

"如果經過確認,這將會是個大突破," Tajmar 表示,"它為研究廣義相對論開啟了新的方法,而且對於量子世界是個重要結果。"

其結果將於 3/21 在 ESA 的 European Space and Technology Research Centre (ESTEC) 一日研討會上呈現。關於此工作的二份詳細報告已考慮出版。這些報告可以在 Los Alamos 的預印 server 上,用 gr-qc/0603033 與 gr-qc/0603032 這兩份編號找到。

※ 相關報導:

* APOD: 2004 April 28 - The Smooth Spheres of Gravity Probe B
http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/mirrors/apod/ap040428.html

* Experimental Detection of the Gravitomagnetic London Moment
http://arxiv.org/abs/gr-qc/0603033

* Local Photon and Graviton Mass and its Consequences
http://arxiv.org/abs/gr-qc/0603032

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