Эффект Лензе — Тирринга измерен с рекордной точностью: теория Эйнштейна выдерживает новую проверку

Новое исследование, проведенное под руководством Игнацио Чуфолини из Университета Цинхуа (Китай), подтвердило один из самых необычных эффектов Общей теории относительности (ОТО). С помощью спутника LARES-2, запущенного Итальянским космическим агентством в 2022 году, ученые измерили эффект увлечения инерциальных систем отсчета с относительной неопределенностью около одной тысячной. Это примерно в десять раз точнее предыдущих измерений в Солнечной системе.

Как устроен эксперимент?

Наземные станции посылают к спутнику лазерные импульсы и измеряют время их возвращения с миллиметровой точностью, что позволяет чрезвычайно точно отслеживать положение аппарата на орбите. Однако одной высокой точности недостаточно: на движение спутника влияют неоднородности гравитационного поля Земли, давление солнечного излучения, а также приливные деформации, вызванные Луной и Солнцем.

Чтобы выделить релятивистский сигнал, ученые объединили данные LARES-2 с наблюдениями более старого спутника LAGEOS и спутников миссии GRACE, которые помогают картировать гравитационное поле нашей планеты. Орбита LARES-2 была выбрана так, чтобы максимально компенсировать влияние основных источников погрешностей при совместном анализе с LAGEOS. После обработки трех лет наблюдений исследователи получили значение эффекта, согласующееся с предсказанием ОТО в пределах экспериментальной погрешности.

Значение результатов для физики и смежных наук

Полученные данные не только подтверждают теорию Эйнштейна, но и существенно ограничивают пространство для альтернативных теорий гравитации. Теперь любая новая модель должна описывать эффект Лензе — Тирринга практически так же, как ОТО. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Помимо фундаментальной физики, работа имеет практическое значение. Анализ орбит спутников позволил уточнить параметры лунно-солнечных приливов и характеристики гравитационного поля Земли. Такие данные используются в геодезии, спутниковой навигации и исследованиях динамики нашей планеты.

Таким образом, спустя более чем сто лет теория Эйнштейна продолжает успешно проходить самые строгие экспериментальные испытания, а пределы, в которых могут существовать новые модели гравитации, становятся все уже.