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報(bào)告描述了MICROSCOPE任務(wù)的最終結(jié)果，該任務(wù)通過測(cè)量圍繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星中自由下落物體的加速度來測(cè)試該原理。研究小組發(fā)現(xiàn)，成對(duì)物體的加速度相差不超過1015分之一，排除了任何違反弱等效原理或偏離目前對(duì)廣義相對(duì)論的理解的情況。

蔚藍(lán)海岸天文臺(tái)的科學(xué)家和MICROSCOPE團(tuán)隊(duì)的成員Gilles Métris說：“我們對(duì)未來的任何理論都有了新的、好得多的約束，因?yàn)檫@些理論在這個(gè)層次上必須不違反等效原理。”

阿爾伯特·愛因斯坦在1915年發(fā)表的廣義相對(duì)論描述了引力如何工作并與時(shí)間和空間相關(guān)。然而，它并沒有說明對(duì)量子現(xiàn)象的觀察。因此，科學(xué)家們?cè)谠絹碓礁叩木群透鞣N情況下尋找與該理論的偏差。這種偏差將表明新的相互作用或力量，可以將相對(duì)論與量子物理學(xué)結(jié)合起來。測(cè)試弱等效原理（WEP）是尋找廣義相對(duì)論潛在擴(kuò)展的一種方式。

根據(jù)弱等效原理，在引力場(chǎng)中的物體在沒有其他力的作用下會(huì)以同樣的方式下落，即使它們有不同的質(zhì)量或成分。為了測(cè)試這一原理，MICROSCOPE團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了他們的實(shí)驗(yàn)，以極高的精度測(cè)量E?tv?s比率--它將兩個(gè)自由落體的加速度聯(lián)系起來。如果一個(gè)物體的加速度與另一個(gè)物體的加速度相差超過1015分之一，該實(shí)驗(yàn)將測(cè)量它并探測(cè)到這種違反WEP的情況。

為了測(cè)量E?tv?s比率，研究人員在MICROSCOPE衛(wèi)星中監(jiān)測(cè)了鉑金和鈦合金測(cè)試質(zhì)量在繞地球運(yùn)行時(shí)的加速度。實(shí)驗(yàn)儀器利用靜電力使成對(duì)的測(cè)試質(zhì)量保持在相對(duì)于對(duì)方的相同位置，并尋找這些力的潛在差異，這將表明物體的加速度的差異。

該實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要挑戰(zhàn)是找到在地球上測(cè)試儀器的方法，以確保它在太空中能按設(shè)計(jì)工作。法國(guó)航空航天實(shí)驗(yàn)室ONERA的科學(xué)家和MICROSCOPE團(tuán)隊(duì)的成員Manuel Rodrigues說：“困難在于我們發(fā)射的儀器不能在地面上運(yùn)行。所以這是一種盲目的測(cè)試。”

在儀器準(zhǔn)備好后，團(tuán)隊(duì)就在2016年發(fā)射了它。他們?cè)?017年發(fā)布了初步結(jié)果，但在2018年任務(wù)結(jié)束后，他們繼續(xù)分析數(shù)據(jù)，考慮到故障和系統(tǒng)不確定性。他們最終沒有發(fā)現(xiàn)違反WEP的情況，為該原則設(shè)定了最嚴(yán)格的約束。

該團(tuán)隊(duì)的工作為用衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)對(duì)WEP進(jìn)行更精確的測(cè)試鋪平了道路。他們的分析包括改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的方法，比如減少影響加速度測(cè)量的衛(wèi)星涂層中的裂紋，以及用非接觸設(shè)備取代裝置中的電線。研究人員說，實(shí)施這些升級(jí)的衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)應(yīng)該能夠在1017分之一的水平上測(cè)量潛在的違反WEP的行為。但是MICROSCOPE的結(jié)果很可能在一段時(shí)間內(nèi)仍然是對(duì)WEP的最精確的約束。

Rodrigues說：“至少在十年或也許二十年內(nèi)，我們看不到空間衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)有任何改進(jìn)。”