برای اندازه‌گیری فرکانس گذارهای اتم هیدروژن (برای مثال گذار از تراز 2s به تراز 1s) راه‌های بسیاری وجود دارد که منطبق بر نظریه مکانیک کوانتمی هستند. اما اخیرا پژوهشگران آلمانی اندازه‌گیری این نوع فرکانس را با استفاده از روشی انجام داده‌اند که علاوه بر نظریه کوانتومی با نظریه نسبیت اینشتین نیز سازگار است.

نور گسیل شده توسط اتم‌های هیدروژن به ما اجازه می‌دهد تا بسیاری از قوانین کوانتومی را به صورت دقیق تایید و تصدیق کنیم. اما هنوز راه درازی برای تطبیق کامل این قوانین با نظریه نسبیت که یکی دیگر از پایه‌های فیزیک جدید را تشکیل می‌دهد، در پیش رو داریم. در گزارشی که اخیرا توسط چند گروه تحقیقاتی-آزمایشگاهی در فیزیکال ریویو لترز چاپ شده است، روش‌هایی برای بهبود اندازه‌گیری‌های اتم هیدروژن پیشنهاد شده است که محدودیت‌هایی را بر وارد کردن تصحیحات کوانتومی در نظریه نسبیت اعمال می‌کند.

پژوهشگران موسسه ماکس پلانک برای اپتیک کوانتومی در گارکینک آلمان، روش‌هایی را بنیان‌گذاری نموده‌اند که فرکانس‌های تابش اپتیکی را به فرکانس‌های رادیویی بسیار پایین‌تر ساعت‌های اتمی مربوط می‌کند. این در حالی است که بهترین ساعت‌های اتمی آلمان که در آن‌ها از منبع اتم‌های سزیم استفاده شده است در آزمایشگاه‌های بسیار دوری همچون موسسه تحقیقات فیزیکی- صنعتی فدرال در برانشویگ قرار دارند و نمی‌توان آن‌ها را به سادگی حرکت داد. از این رو دو موسسه فوق، آزمایش‌هایشان را از طریق فرستادن نور به عقب و جلو در داخل یک فیبر نوری به طول 920 کیلومتر همزمان کردند. این اتصال به آن‌ها اجازه داد تا فرکانس گذار 1S-2S را بر حسب استاندارد بین‌المللی ثانیه بصورت 2,466,061,413,187,018 هرتز و با عدم قطعیتی در حد 11 هرتز بیان نمایند.

محققان از این دقت بی‌سابقه برای بررسی تغییرات فرکانس به مدت یک سال بهره جستند. چنین تغییراتی اگر آشکارسازی شوند نشان دهنده آن خواهد بود که فرکانس تابش، وابسته به حرکت زمین به دور خورشید است که البته این مسئله طبق نظریه نسبیت امکان‌پذیر نیست. اما آن‌طور که این محققان می‌گویند حتی اگر چنین تغییراتی وجود داشته باشند، پارامترهایی که بیانگر وابستگی فرکانس به دوران زمین هستند نمی‌توانند بیش‌تر از 1 در ده به توان یازده باشند. یکی از این پارامترها نیز به صورت بسیار جزئی با صفر اختلاف دارد و ما برای اینکه بفهمیم آیا این اختلاف با معنی است یا خیر، به اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری نیاز داریم.

منبع:

http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.110.230801

مرجع:

http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i23/e230801