Em outra verificação da validade da teoria da relatividade geral de Einstein, publicado em Nature Photonics , cientistas do RIKEN Center for Advanced Photonics e Cluster for Pioneering Research, com colegas, usaram dois relógios de rede óptica finamente ajustados, um na base e outro no andar do observatório de 450 metros da Tokyo Skytree, para fazer novas medições ultraprecisas do efeito de dilatação do tempo previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein.

Einstein teorizou que a deformação do espaço-tempo pela gravidade foi causada por objetos massivos. Alinhado com isto, o tempo corre mais devagar em um campo gravitacional profundo do que em um mais raso. Isso significa que o tempo corre um pouco mais devagar na base da torre Skytree do que no topo.

A dificuldade em realmente medir a mudança na rapidez com que os relógios funcionam em campos gravitacionais diferentes é que a diferença é muito pequena. Realizar um teste rigoroso da teoria da relatividade requer um relógio muito preciso ou uma grande diferença de altura. Uma das melhores medições até agora envolveu relógios grandes e complexos, como os desenvolvidos pelo grupo RIKEN, que pode medir uma diferença de cerca de um centímetro de altura. Fora do laboratório, os melhores testes foram feitos por satélites, com altitudes que são milhares de quilômetros diferentes. Esses experimentos espaciais restringiram qualquer violação da relatividade geral a cerca de 30 partes por milhão, uma medição extremamente precisa que essencialmente mostra que Einstein está correto.

Os cientistas da RIKEN e seus colaboradores assumiram a tarefa de desenvolver relógios de rede ótica transportáveis ​​que pudessem fazer testes de relatividade comparativamente precisos, mas no chão. O objetivo final, Contudo, não é provar ou refutar Einstein. De acordo com Hidetoshi Katori da RIKEN e da Universidade de Tóquio, quem liderou o grupo, "Outra grande aplicação dos relógios ultraprecisos é detectar e utilizar a curvatura do espaço-tempo pela gravidade. relógios podem distinguir pequenas diferenças de altitude, permitindo-nos medir o inchaço do solo em lugares como vulcões ativos ou deformação da crosta, ou para definir a referência de altura. Queríamos demonstrar que poderíamos realizar essas medições precisas em qualquer lugar fora do laboratório, com dispositivos transportáveis. Este é o primeiro passo para transformar relógios ultraprecisos em dispositivos do mundo real. "

A chave para o feito da engenharia foi miniaturizar os relógios do tamanho de um laboratório em dispositivos transportáveis ​​e torná-los insensíveis aos ruídos ambientais, como mudanças de temperatura, vibrações, e campos eletromagnéticos. Cada um dos relógios foi colocado em uma caixa de blindagem magnética, cerca de 60 centímetros de cada lado. Os vários dispositivos a laser e controladores eletrônicos necessários para capturar e interrogar os átomos confinados em uma rede foram alojados em duas caixas montáveis ​​em rack. Os dois relógios foram conectados por uma fibra óptica para medir a nota da batida. Em paralelo, os cientistas conduziram o alcance do laser e medição da gravidade para avaliar de forma independente a diferença do campo gravitacional para os dois relógios.

A figura que eles alcançaram por violações da relatividade geral foi outra validação da teoria de Einstein, como outros antes. O que é fundamental sobre o experimento, de acordo com Katori, é que eles demonstraram isso com uma precisão comparável às melhores medições baseadas no espaço, mas usando dispositivos transportáveis ​​operando no solo. No futuro, o grupo planeja comparar relógios a centenas de quilômetros de distância para monitorar a elevação e a depressão do solo a longo prazo, uma das aplicações potenciais de relógios ultraprecisos.