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Hughes Drever Experiment e auch Uhrenvergleichs Uhrenanisotropie Massenisotropie oder Energieisotropie Experimente werde

Hughes-Drever-Experiment

Hughes-Drever-Experimente (auch Uhrenvergleichs-, Uhrenanisotropie-, Massenisotropie- oder Energieisotropie-Experimente) werden zur spektroskopischen Überprüfung der Isotropie der Masse bzw. des Raumes eingesetzt. Diese Experimente testen grundlegende Aussagen sowohl der speziellen als auch der allgemeinen Relativitätstheorie. Wie bei den Michelson-Morley-Experimenten kann dadurch das Vorhandensein eines bevorzugten Bezugssystems oder Abweichungen von der Lorentzinvarianz überprüft werden, was auch die Gültigkeit des Äquivalenzprinzips betrifft. Im Gegensatz zu Michelson-Morley beziehen sich Hughes-Drever-Experimente allerdings auf die Isotropie der Wechselwirkungen die Materie selbst, also von Protonen, Neutronen und Elektronen. Die dabei erzielte Genauigkeit macht diese Art von bis heute durchgeführten Experimenten mit zu den präzisesten Messungen der Relativitätstheorie überhaupt (vgl. Tests der speziellen Relativitätstheorie).

7Li-NMR-Spektrum von LiCl (1M) in D2O. Die scharfe, ungeteilte NMR-Linie dieses Lithiumisotops ist ein Beleg für die Isotropie von Masse und Energie.

Experimente durch Hughes und Drever Bearbeiten

Giuseppe Cocconi und Edwin Salpeter (1958) wiesen darauf hin, dass die Trägheit der Materie von der Verteilung der umliegenden Massen abhängt, wenn das Machsche Prinzip korrekt ist. Dies würde zu einer Anisotropie der Trägheit in verschiedenen Richtungen führen und könnte durch spektroskopische Beobachtung von Zeeman-Effekten in Atomkernen nachgewiesen werden.

Vernon Hughes et al. (1960) und Ronald Drever (1961) führten nun unabhängig voneinander ähnliche Experimente durch. Dabei wurde der Kern von Lithium-7 herangezogen, dessen Grundzustand einen Spin von 3⁄2 besitzt, und es werden dadurch in einem Magnetfeld vier magnetische Energieniveaus in Übereinstimmung mit der erlaubten Magnetquantenzahl existieren. Bei Massenisotropie tritt keine Verschiebung der Energieniveaus auf und folglich sollte nur eine einzige Resonanzlinie existieren, bei Anisotropie gibt es eine Triplettresonanzlinie oder eine Verbreiterung. Es wurde tatsächlich keine Frequenzverschiebung der Energieniveaus gefunden, wobei aufgrund der großen Genauigkeit die maximale Anisotropie auf 0,04 Hz = 10−25 GeV eingeschränkt werden konnte.

Robert H. Dicke (1961) konnte allerdings zeigen, dass das Nullresultat durchaus mit dem Machschen Prinzip verträglich ist, solange die räumliche Anisotropie für alle Teilchen gleich ist. Das Nullresultat zeigt also, dass die Massenanisotropieeffekte, sofern sie existieren, für alle Teilchen gleich und folglich lokal nicht beobachtbar sind.

Moderne Interpretation Bearbeiten

Während dieses Experiment ursprünglich auf das Machsche Prinzip bezogen wurde, wird es in modernen Arbeiten vielfach als wichtige Überprüfung der Lorentzinvarianz und somit der speziellen Relativitätstheorie interpretiert. Denn Anisotropieeffekte müssen auch bei Vorhandensein eines bevorzugten Bezugssystems (gewöhnlich das CMB-Ruhesystem als Äther) vorliegen, deshalb können die negativen Ergebnisse des Hughes-Drever-Experiments – wie die Michelson-Morley-Experimente – als Widerlegungen der Existenz eines solchen Systems angesehen werden. Im Besonderen konnten die Physiker Mark P. Haugan und Clifford Will zeigen, dass diese Experimente als Überprüfungen der Frage interpretiert werden können, ob die Grenzgeschwindigkeit der Materie mit der Lichtgeschwindigkeit übereinstimmt wie von der speziellen Relativitätstheorie gefordert. Stimmen sie nicht überein, ändern sich auch die Eigenschaften und Frequenzen der Wechselwirkungen der Materie. Und da es eine Grundaussage des Äquivalenzprinzips der allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass lokal in frei fallenden Bezugssystemen die Lorentzinvarianz gültig ist = Lokale Lorentzinvarianz (LLI), betreffen die Ergebnisse dieses Experiments sowohl die spezielle als auch die allgemeine Relativitätstheorie.

Aufgrund der Tatsache, dass hier unterschiedliche Frequenzen verglichen werden, und diese wiederum als Uhren aufgefasst werden können, werden diese Experimente auch als "clock comparison"-(Uhrenvergleichs)-Experimente bezeichnet.

Neuere Experimente Bearbeiten

Neben Verletzungen der Lorentzinvarianz durch das Vorhandensein eines bevorzugten Bezugssystems oder dem Machschen Prinzip, sind im Zuge der Entwicklungen zur Quantengravitation auch mögliche spontane Brechungen der Lorentzinvarianz und damit zusammenhängend des CPT-Theorems in das Blickfeld geraten. Zur Überprüfung aller dieser Effekte werden bis heute immer genauere Variationen der ursprünglichen Experimente durchgeführt. Diese Messungen beziehen sich auf Neutronen und Protonen, und durch den Einsatz von spinpolarisierten Systemen und Komagnetometern (wodurch magnetische Einflüsse unterdrückt werden können) konnte die Genauigkeit erheblich gesteigert werden. Zusätzlich wird unter Zuhilfenahme von spinpolarisierten Torsionswaagen auch der Elektronen-Sektor überprüft.

Alle Ergebnisse waren bislang negativ, sodass weiterhin kein Hinweis auf die Existenz eines bevorzugten Bezugssystems bzw. einer anderweitigen Verletzung der Lorentzinvarianz vorliegt. Die Werte folgender Tabelle beziehen sich auf die Parameter, welche durch die Standardmodellerweiterung (SME, eine der Testtheorien der speziellen Relativitätstheorie) vorgegeben wird. Dieses Modell enthält für jede Abweichung von der Lorentzinvarianz diverse Parameter. Da in jedem dieser Experimente eine Reihe von Parametern überprüft wird, wird hier nur der Wert der maximalen Sensitivität wiedergegeben (für die genaue Aufstellung siehe die Einzelartikel):

Autor Jahr SME-Grenzen Beschreibung
Proton Neutron Elektron
Prestage et al. 1985 10−27 Der nukleare Spin-Flip-Übergang von 9Be+ (gespeichert in einer Penning-Falle gespeichert) wird mit einer Wasserstoff-Maser-Uhr verglichen.
Phillips 1987 10−27 Sinusförmige Oszillationen werden untersucht unter Benutzung einer kryogenischen Spin-Torsionswaage, die einen transversal polarisierten Magneten trägt.
Lamoreaux et al. 1989 10−29 Es wurden dipolare und quadrupolare Spinpolarisationen in ein 201Hg-Gas induziert, und nach Variationen gesucht.
Chupp et al. 1989 10−27 Es wurde nach zeitabhängigen quadrupolaren Aufspaltungen des Zeemanniveaus geforscht. 21Ne- und 3He-Gase werden durch Spinausstausch polarisiert und miteinander verglichen.
Wineland et al. 1991 10−25 Anomale Dipol-Monopol- und Dipol-Dipol-Kopplungen werden untersucht, indem die hyperfeinen Resonanzen in 9Be+ erforscht werden.
Wang et al. 1993 10−27 Eine Spin-Torsionswaage, die eine spinpolarisierte Dy6Fe23-Masse trägt, wird nach siderischen Variationen untersucht.
Berglund et al. 1995 10−27 10−30 10−27 Die Frequenzen von 199Hg und 133Cs werden verglichen durch Anwendung eines Magnetfeldes.
Bear et al. 2000 10−31 Die Frequenzen von 129Xe- und 3He-Zeemanmasern werden verglichen.
Phillips et al. 2000 10−27 Die Zeemanfrequenz wird mit einem Wasserstoffmaser ermittelt.
Humphrey et al. 2003 10−27 10−27 Siehe Phillips et al. (2000).
Hou et al. 2003 10−29 Siehe Wang et al. (1993).
Canè et al. 2004 10−32 Siehe Bear et al. (2000).
Wolf et al. 2006 10−25 Atomare Frequenzen werden gemessen durch Benutzung von lasergekühlten 133Cs-Atomfontänen.
Heckel et al. 2006 10−30 Es wurde eine Spin-Torsionswaage benutzt, bestehend aus vier Abschnitten aus Alnico und vier Abschnitten aus Sm5Co.
Heckel et al. 2008 10−31 Siehe Heckel et al. (2006).
Altarev et al. 2009 10−29 Die Spin-Präzessionsfrequenzen in gespeicherten ultrakalten Neutronen und 199Hg werden analysiert.
Brown et al. 2010 10−32 10−33 Die Frequenzen in einem K-/3He-Komagnetometer werden verglichen.
Gemmel et al. 2010 10−32 Die Frequenzen in einem 129Xe / 3He Komagnetometer werden verglichen.
Smiciklas et al. 2011 10−29 Die Frequenzen in einem 21Ne / Rb-/K-Komagnetometer werden verglichen. Test der Grenzgeschwindigkeit von Neutronen.
Peck et al. 2012 10−30 10−31 Ähnlich wie Berglund et al. (1995).
Hohensee et al. 2013 10−17 Messungen der Übergangsfrequenzen zweier annähernd entarteter Zustände von 164Dy und 162Dy. Test der Grenzgeschwindigkeit von Elektronen.
Allmendinger et al. 2013 10−34 Siehe Gemmel et al. (2010).

Einzelnachweise Bearbeiten

Übersichtsliteratur:

  1. ↑ Will, C. M.: The Confrontation between General Relativity and Experiment. In: Living Reviews in Relativity. 9. Jahrgang, Nr. 3, 2006 (livingreviews.org [abgerufen am 23. Juni 2011]).
  2. ↑ Will, C. M.: Stable clocks and general relativity. In: Proceedings of the 30th Rencontres de Moriond. 1995, S. 417, arxiv:gr-qc/9504017.
  3. ↑ Kostelecký, V. Alan; Lane, Charles D.: Constraints on Lorentz violation from clock-comparison experiments. In: Physical Review D. 60. Jahrgang, Nr. 11, 1999, S. 116010, doi:10.1103/PhysRevD.60.116010, arxiv:hep-ph/9908504.
  4. ↑ Mattingly, David: Modern Tests of Lorentz Invariance. In: Living Rev. Relativity. 8. Jahrgang, Nr. 5, 2005 (livingreviews.org).
  5. ↑ Pospelov, Maxim; Romalis, Michael: Lorentz Invariance on Trial. In: Physics Today. 57. Jahrgang, Nr. 7, 2004, S. 40–46, doi:10.1063/1.1784301 ( (Memento des Originals vom 2. Januar 2022 im Internet Archive) [abgerufen am 25. Mai 2011]).
  6. ↑ Walsworth, R.L.: Tests of Lorentz Symmetry in the Spin-Coupling Sector. In: Lecture Notes in Physics. 702. Jahrgang, 2006, S. 493–505, doi:10.1007/3-540-34523-X_18 (harvard.edu [PDF]).
  7. Hou, Li-Shing; Ni, Wei-Tou; Li, Yu-Chu M.: Test of Cosmic Spatial Isotropy for Polarized Electrons Using a Rotatable Torsion Balance. In: Physical Review Letters. 90. Jahrgang, Nr. 20, 2003, S. 201101, doi:10.1103/PhysRevLett.90.201101, arxiv:physics/0009012.

Quellen für Werteanagaben:

  1. Cocconi, G.; Salpeter E.: A search for anisotropy of inertia. In: Il Nuovo Cimento. 10. Jahrgang, Nr. 4, 1958, S. 646–651, doi:10.1007/BF02859800.
  2. Hughes, V. W.; Robinson, H. G.; Beltran-Lopez, V.: Upper Limit for the Anisotropy of Inertial Mass from Nuclear Resonance Experiments. In: Physical Review Letters. 4. Jahrgang, Nr. 7, 1960, S. 342–344, doi:10.1103/PhysRevLett.4.342.
  3. Drever, R. W. P.: A search for anisotropy of inertial mass using a free precession technique. In: Philosophical Magazine. 6. Jahrgang, Nr. 65, 1961, S. 683–687, doi:10.1080/14786436108244418.
  4. Dicke, R. H.: Experimental Tests of Mach's Principle. In: Physical Review Letter. 7. Jahrgang, Nr. 9, 1961, S. 359–360, doi:10.1103/PhysRevLett.7.359.
  5. Dicke, R. H.: The Theoretical Significance of Experimental Relativity. Gordon and Breach, 1964.
  6. Prestage, J. D.; Bollinger, J. J.; Itano, W. M.; Wineland, D. J.: Limits for spatial anisotropy by use of nuclear-spin-polarized Be-9(+) ions. In: Physical Review Letters. 54. Jahrgang, 1985, S. 2387–2390, doi:10.1103/PhysRevLett.54.2387, bibcode:1985PhRvL..54.2387P.
  7. Phillips, P. R.: Test of spatial isotropy using a cryogenic spin-torsion pendulum. In: Physical Review Letter. 59. Jahrgang, Nr. 5, 1987, S. 1784–1787, doi:10.1103/PhysRevLett.59.1784, bibcode:1987PhRvL..59.1784P.
  8. Lamoreaux, S. K.; Jacobs, J. P.; Heckel, B. R.; Raab, F. J.; Fortson, E. N.: Optical pumping technique for measuring small nuclear quadrupole shifts in 1S(0) atoms and testing spatial isotropy. In: Physical Review A. 39. Jahrgang, 1989, S. 1082–1111, doi:10.1103/PhysRevA.39.1082, bibcode:1989PhRvA..39.1082L.
  9. Chupp, T. E.; Hoare, R. J.; Loveman, R. A.; Oteiza, E. R.; Richardson, J. M.; Wagshul, M. E.; Thompson, A. K.: Results of a new test of local Lorentz invariance: A search for mass anisotropy in 21Ne. In: Physical Review Letters. 63. Jahrgang, Nr. 15, 1989, S. 1541–1545, doi:10.1103/PhysRevLett.63.1541, bibcode:1989PhRvL..63.1541C.
  10. Wineland, D. J.; Bollinger, J. J.; Heinzen, D. J.; Itano, W. M.; Raizen, M. G.: Search for anomalous spin-dependent forces using stored-ion spectroscopy. In: Physical Review Letters. 67. Jahrgang, Nr. 13, 1991, S. 1735–1738, doi:10.1103/PhysRevLett.67.1735, bibcode:1991PhRvL..67.1735W.
  11. Wang, Shih-Liang; Ni, Wei-Tou; Pan, Sheau-Shi: New Experimental Limit on the Spatial Anisotropy for Polarized Electrons. In: Modern Physics Letters A. 8. Jahrgang, Nr. 39, 1993, S. 3715–3725, doi:10.1142/S0217732393003445, bibcode:1993MPLA....8.3715W.
  12. Berglund, C. J.; Hunter, L. R.; Krause, D., Jr.; Prigge, E. O.; Ronfeldt, M. S.; Lamoreaux, S. K.: New Limits on Local Lorentz Invariance from Hg and Cs Magnetometers. In: Physical Review Letters. 75. Jahrgang, Nr. 10, 1995, S. 1879–1882, doi:10.1103/PhysRevLett.75.1879, bibcode:1995PhRvL..75.1879B.
  13. Bear, D.; Stoner, R. E.; Walsworth, R. L.; Kostelecký, V. Alan; Lane, Charles D.: Limit on Lorentz and CPT Violation of the Neutron Using a Two-Species Noble-Gas Maser. In: Physical Review Letters. 85. Jahrgang, Nr. 24, 2000, S. 5038–5041, doi:10.1103/PhysRevLett.85.5038, arxiv:physics/0007049, bibcode:2000PhRvL..85.5038B.
  14. Phillips, D. F.; Humphrey, M. A.; Mattison, E. M.; Stoner, R. E.; Vessot, R. F.; Walsworth, R. L.: Limit on Lorentz and CPT violation of the proton using a hydrogen maser. In: Physical Review D. 63. Jahrgang, Nr. 11, 2000, S. 111101, doi:10.1103/PhysRevD.63.111101, arxiv:physics/0008230, bibcode:2001PhRvD..63k1101P.
  15. Humphrey, M. A.; Phillips, D. F.; Mattison, E. M.; Vessot, R. F.; Stoner, R. E.; Walsworth, R. L.: Testing CPT and Lorentz symmetry with hydrogen masers. In: Physical Review A. 68. Jahrgang, Nr. 6, 2003, S. 063807, doi:10.1103/PhysRevA.68.063807, arxiv:physics/0103068, bibcode:2003PhRvA..68f3807H.
  16. Hou, Li-Shing; Ni, Wei-Tou; Li, Yu-Chu M.: Test of Cosmic Spatial Isotropy for Polarized Electrons Using a Rotatable Torsion Balance. In: Physical Review Letters. 90. Jahrgang, Nr. 20, 2003, S. 201101, doi:10.1103/PhysRevLett.90.201101, arxiv:physics/0009012, bibcode:2003PhRvL..90t1101H.
  17. Canè, F.; Bear, D.; Phillips, D. F.; Rosen, M. S.; Smallwood, C. L.; Stoner, R. E.; Walsworth, R. L.; Kostelecký, V. Alan: Bound on Lorentz and CPT Violating Boost Effects for the Neutron. In: Physical Review Letters. 93. Jahrgang, Nr. 23, 2004, S. 230801, doi:10.1103/PhysRevLett.93.230801, arxiv:physics/0309070, bibcode:2004PhRvL..93w0801C.
  18. Wolf, P.; Chapelet, F.; Bize, S.; Clairon, A.: Cold Atom Clock Test of Lorentz Invariance in the Matter Sector. In: Physical Review Letters. 96. Jahrgang, Nr. 6, 2006, S. 060801, doi:10.1103/PhysRevLett.96.060801, arxiv:hep-ph/0601024, bibcode:2006PhRvL..96f0801W.
  19. Heckel, B. R.; Cramer, C. E.; Cook, T. S.; Adelberger, E. G.; Schlamminger, S.; Schmidt, U.: New CP-Violation and Preferred-Frame Tests with Polarized Electrons. In: Physical Review Letters. 97. Jahrgang, Nr. 2, 2006, S. 021603, doi:10.1103/PhysRevLett.97.021603, arxiv:hep-ph/0606218, bibcode:2006PhRvL..97b1603H.
  20. Heckel, B. R.; Adelberger, E. G.; Cramer, C. E.; Cook, T. S.; Schlamminger, S.; Schmidt, U.: Preferred-frame and CP-violation tests with polarized electrons. In: Physical Review D. 78. Jahrgang, Nr. 9, 2008, S. 092006, doi:10.1103/PhysRevD.78.092006, arxiv:0808.2673, bibcode:2008PhRvD..78i2006H.
  21. Altarev, I. et al.: Test of Lorentz Invariance with Spin Precession of Ultracold Neutrons. In: Physical Review Letters. 103. Jahrgang, Nr. 8, 2009, S. 081602, doi:10.1103/PhysRevLett.103.081602, arxiv:0905.3221, bibcode:2009PhRvL.103h1602A.
  22. Brown, J. M.; Smullin, S. J.; Kornack, T. W.; Romalis, M. V.: New Limit on Lorentz- and CPT-Violating Neutron Spin Interactions. In: Physical Review Letters. 105. Jahrgang, Nr. 15, 2010, S. 151604, doi:10.1103/PhysRevLett.105.151604, arxiv:1006.5425, bibcode:2010PhRvL.105o1604B.
  23. Gemmel, C.; Heil, W.; Karpuk, S.; Lenz, K.; Sobolev, Yu.; Tullney, K.; Burghoff, M.; Kilian, W.; Knappe-Grüneberg, S.; Müller, W.; Schnabel, A.; Seifert, F.; Trahms, L.; Schmidt, U.: Limit on Lorentz and CPT violation of the bound neutron using a free precession He3/Xe129 comagnetometer. In: Physical Review D. 82. Jahrgang, Nr. 11, 2010, S. 111901, doi:10.1103/PhysRevD.82.111901, arxiv:1011.2143, bibcode:2010PhRvD..82k1901G.
  24. M. Smiciklas et al.: New Test of Local Lorentz Invariance Using a 21Ne-Rb-K Comagnetometer. In: Physical Review Letters. 107. Jahrgang, Nr. 17, 2011, S. 171604, doi:10.1103/PhysRevLett.107.171604, arxiv:1106.0738, bibcode:2011PhRvL.107q1604S.
  25. Peck et al.: New Limits on Local Lorentz Invariance in Mercury and Cesium. In: Physical Review A. 86. Jahrgang, Nr. 1, 2012, S. 012109, doi:10.1103/PhysRevA.86.012109, arxiv:1205.5022.
  26. Hohensee et al.: Limits on violations of Lorentz symmetry and the Einstein equivalence principle using radio-frequency spectroscopy of atomic dysprosium. In: Physical Review Letters. 111. Jahrgang, Nr. 5, 2013, S. 050401, doi:10.1103/PhysRevLett.111.050401, arxiv:1303.2747.
  27. Allmendinger et al.: New limit on Lorentz and CPT violating neutron spin interactions using a free precession 3He-129Xe co-magnetometer. In: Physical Review Letters. 112. Jahrgang, Nr. 11, 2013, S. 110801, doi:10.1103/PhysRevLett.112.110801, arxiv:1312.3225.

Weblinks Bearbeiten

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Hughes Drever Experimente auch Uhrenvergleichs Uhrenanisotropie Massenisotropie oder Energieisotropie Experimente werden zur spektroskopischen Uberprufung der Isotropie der Masse bzw des Raumes eingesetzt Diese Experimente testen grundlegende Aussagen sowohl der speziellen als auch der allgemeinen Relativitatstheorie Wie bei den Michelson Morley Experimenten kann dadurch das Vorhandensein eines bevorzugten Bezugssystems oder Abweichungen von der Lorentzinvarianz uberpruft werden was auch die Gultigkeit des Aquivalenzprinzips betrifft Im Gegensatz zu Michelson Morley beziehen sich Hughes Drever Experimente allerdings auf die Isotropie der Wechselwirkungen die Materie selbst also von Protonen Neutronen und Elektronen Die dabei erzielte Genauigkeit macht diese Art von bis heute durchgefuhrten Experimenten mit zu den prazisesten Messungen der Relativitatstheorie uberhaupt vgl Tests der speziellen Relativitatstheorie A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 7Li NMR Spektrum von LiCl 1M in D2O Die scharfe ungeteilte NMR Linie dieses Lithiumisotops ist ein Beleg fur die Isotropie von Masse und Energie Inhaltsverzeichnis 1 Experimente durch Hughes und Drever 2 Moderne Interpretation 3 Neuere Experimente 4 Einzelnachweise 5 WeblinksExperimente durch Hughes und Drever BearbeitenGiuseppe Cocconi und Edwin Salpeter 1958 wiesen darauf hin dass die Tragheit der Materie von der Verteilung der umliegenden Massen abhangt wenn das Machsche Prinzip korrekt ist Dies wurde zu einer Anisotropie der Tragheit in verschiedenen Richtungen fuhren und konnte durch spektroskopische Beobachtung von Zeeman Effekten in Atomkernen nachgewiesen werden 1 Vernon Hughes et al 1960 und Ronald Drever 1961 fuhrten nun unabhangig voneinander ahnliche Experimente durch Dabei wurde der Kern von Lithium 7 herangezogen dessen Grundzustand einen Spin von 3 2 besitzt und es werden dadurch in einem Magnetfeld vier magnetische Energieniveaus in Ubereinstimmung mit der erlaubten Magnetquantenzahl existieren Bei Massenisotropie tritt keine Verschiebung der Energieniveaus auf und folglich sollte nur eine einzige Resonanzlinie existieren bei Anisotropie gibt es eine Triplettresonanzlinie oder eine Verbreiterung Es wurde tatsachlich keine Frequenzverschiebung der Energieniveaus gefunden wobei aufgrund der grossen Genauigkeit die maximale Anisotropie auf 0 04 Hz 10 25 GeV eingeschrankt werden konnte 2 3 Robert H Dicke 1961 konnte allerdings zeigen dass das Nullresultat durchaus mit dem Machschen Prinzip vertraglich ist solange die raumliche Anisotropie fur alle Teilchen gleich ist Das Nullresultat zeigt also dass die Massenanisotropieeffekte sofern sie existieren fur alle Teilchen gleich und folglich lokal nicht beobachtbar sind 4 5 Moderne Interpretation BearbeitenWahrend dieses Experiment ursprunglich auf das Machsche Prinzip bezogen wurde wird es in modernen Arbeiten vielfach als wichtige Uberprufung der Lorentzinvarianz und somit der speziellen Relativitatstheorie interpretiert Denn Anisotropieeffekte mussen auch bei Vorhandensein eines bevorzugten Bezugssystems gewohnlich das CMB Ruhesystem als Ather vorliegen deshalb konnen die negativen Ergebnisse des Hughes Drever Experiments wie die Michelson Morley Experimente als Widerlegungen der Existenz eines solchen Systems angesehen werden Im Besonderen konnten die Physiker Mark P Haugan und Clifford Will zeigen dass diese Experimente als Uberprufungen der Frage interpretiert werden konnen ob die Grenzgeschwindigkeit der Materie mit der Lichtgeschwindigkeit ubereinstimmt wie von der speziellen Relativitatstheorie gefordert Stimmen sie nicht uberein andern sich auch die Eigenschaften und Frequenzen der Wechselwirkungen der Materie Und da es eine Grundaussage des Aquivalenzprinzips der allgemeinen Relativitatstheorie ist dass lokal in frei fallenden Bezugssystemen die Lorentzinvarianz gultig ist Lokale Lorentzinvarianz LLI betreffen die Ergebnisse dieses Experiments sowohl die spezielle als auch die allgemeine Relativitatstheorie A 1 A 2 Aufgrund der Tatsache dass hier unterschiedliche Frequenzen verglichen werden und diese wiederum als Uhren aufgefasst werden konnen werden diese Experimente auch als clock comparison Uhrenvergleichs Experimente bezeichnet A 3 A 4 Neuere Experimente BearbeitenSiehe auch Moderne Tests der Lorentzinvarianz Neben Verletzungen der Lorentzinvarianz durch das Vorhandensein eines bevorzugten Bezugssystems oder dem Machschen Prinzip sind im Zuge der Entwicklungen zur Quantengravitation auch mogliche spontane Brechungen der Lorentzinvarianz und damit zusammenhangend des CPT Theorems in das Blickfeld geraten Zur Uberprufung aller dieser Effekte werden bis heute immer genauere Variationen der ursprunglichen Experimente durchgefuhrt Diese Messungen beziehen sich auf Neutronen und Protonen und durch den Einsatz von spinpolarisierten Systemen und Komagnetometern wodurch magnetische Einflusse unterdruckt werden konnen konnte die Genauigkeit erheblich gesteigert werden Zusatzlich wird unter Zuhilfenahme von spinpolarisierten Torsionswaagen auch der Elektronen Sektor uberpruft A 5 A 6 Alle Ergebnisse waren bislang negativ sodass weiterhin kein Hinweis auf die Existenz eines bevorzugten Bezugssystems bzw einer anderweitigen Verletzung der Lorentzinvarianz vorliegt Die Werte folgender Tabelle beziehen sich auf die Parameter welche durch die Standardmodellerweiterung SME eine der Testtheorien der speziellen Relativitatstheorie vorgegeben wird Dieses Modell enthalt fur jede Abweichung von der Lorentzinvarianz diverse Parameter Da in jedem dieser Experimente eine Reihe von Parametern uberpruft wird wird hier nur der Wert der maximalen Sensitivitat wiedergegeben fur die genaue Aufstellung siehe die Einzelartikel A 3 A 7 A 4 Autor Jahr SME Grenzen BeschreibungProton Neutron ElektronPrestage et al 6 1985 10 27 Der nukleare Spin Flip Ubergang von 9Be gespeichert in einer Penning Falle gespeichert wird mit einer Wasserstoff Maser Uhr verglichen Phillips 7 1987 10 27 Sinusformige Oszillationen werden untersucht unter Benutzung einer kryogenischen Spin Torsionswaage die einen transversal polarisierten Magneten tragt Lamoreaux et al 8 1989 10 29 Es wurden dipolare und quadrupolare Spinpolarisationen in ein 201Hg Gas induziert und nach Variationen gesucht Chupp et al 9 1989 10 27 Es wurde nach zeitabhangigen quadrupolaren Aufspaltungen des Zeemanniveaus geforscht 21Ne und 3He Gase werden durch Spinausstausch polarisiert und miteinander verglichen Wineland et al 10 1991 10 25 Anomale Dipol Monopol und Dipol Dipol Kopplungen werden untersucht indem die hyperfeinen Resonanzen in 9Be erforscht werden Wang et al 11 1993 10 27 Eine Spin Torsionswaage die eine spinpolarisierte Dy6Fe23 Masse tragt wird nach siderischen Variationen untersucht Berglund et al 12 1995 10 27 10 30 10 27 Die Frequenzen von 199Hg und 133Cs werden verglichen durch Anwendung eines Magnetfeldes Bear et al 13 2000 10 31 Die Frequenzen von 129Xe und 3He Zeemanmasern werden verglichen Phillips et al 14 2000 10 27 Die Zeemanfrequenz wird mit einem Wasserstoffmaser ermittelt Humphrey et al 15 2003 10 27 10 27 Siehe Phillips et al 2000 Hou et al 16 2003 10 29 Siehe Wang et al 1993 Cane et al 17 2004 10 32 Siehe Bear et al 2000 Wolf et al 18 2006 10 25 Atomare Frequenzen werden gemessen durch Benutzung von lasergekuhlten 133Cs Atomfontanen Heckel et al 19 2006 10 30 Es wurde eine Spin Torsionswaage benutzt bestehend aus vier Abschnitten aus Alnico und vier Abschnitten aus Sm5Co Heckel et al 20 2008 10 31 Siehe Heckel et al 2006 Altarev et al 21 2009 10 29 Die Spin Prazessionsfrequenzen in gespeicherten ultrakalten Neutronen und 199Hg werden analysiert Brown et al 22 2010 10 32 10 33 Die Frequenzen in einem K 3He Komagnetometer werden verglichen Gemmel et al 23 2010 10 32 Die Frequenzen in einem 129Xe 3He Komagnetometer werden verglichen Smiciklas et al 24 2011 10 29 Die Frequenzen in einem 21Ne Rb K Komagnetometer werden verglichen Test der Grenzgeschwindigkeit von Neutronen Peck et al 25 2012 10 30 10 31 Ahnlich wie Berglund et al 1995 Hohensee et al 26 2013 10 17 Messungen der Ubergangsfrequenzen zweier annahernd entarteter Zustande von 164Dy und 162Dy Test der Grenzgeschwindigkeit von Elektronen Allmendinger et al 27 2013 10 34 Siehe Gemmel et al 2010 Einzelnachweise BearbeitenUbersichtsliteratur a b Will C M The Confrontation between General Relativity and Experiment In Living Reviews in Relativity 9 Jahrgang Nr 3 2006 livingreviews org abgerufen am 23 Juni 2011 a b Will C M Stable clocks and general relativity In Proceedings of the 30th Rencontres de Moriond 1995 S 417 arxiv gr qc 9504017 a b c Kostelecky V Alan Lane Charles D Constraints on Lorentz violation from clock comparison experiments In Physical Review D 60 Jahrgang Nr 11 1999 S 116010 doi 10 1103 PhysRevD 60 116010 arxiv hep ph 9908504 a b c Mattingly David Modern Tests of Lorentz Invariance In Living Rev Relativity 8 Jahrgang Nr 5 2005 livingreviews org a b Pospelov Maxim Romalis Michael Lorentz Invariance on Trial In 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He3 Xe129 comagnetometer In Physical Review D 82 Jahrgang Nr 11 2010 S 111901 doi 10 1103 PhysRevD 82 111901 arxiv 1011 2143 bibcode 2010PhRvD 82k1901G M Smiciklas et al New Test of Local Lorentz Invariance Using a 21Ne Rb K Comagnetometer In Physical Review Letters 107 Jahrgang Nr 17 2011 S 171604 doi 10 1103 PhysRevLett 107 171604 arxiv 1106 0738 bibcode 2011PhRvL 107q1604S Peck et al New Limits on Local Lorentz Invariance in Mercury and Cesium In Physical Review A 86 Jahrgang Nr 1 2012 S 012109 doi 10 1103 PhysRevA 86 012109 arxiv 1205 5022 Hohensee et al Limits on violations of Lorentz symmetry and the Einstein equivalence principle using radio frequency spectroscopy of atomic dysprosium In Physical Review Letters 111 Jahrgang Nr 5 2013 S 050401 doi 10 1103 PhysRevLett 111 050401 arxiv 1303 2747 Allmendinger et al New limit on Lorentz and CPT violating neutron spin interactions using a free precession 3He 129Xe co magnetometer In Physical Review Letters 112 Jahrgang Nr 11 2013 S 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