높이로 인한 시간 흐름의 차이를 mm 단위의 정밀도로 관측

일반상대성이론은 주위에 무거운 물체가 있으면 시간의 흐름이 변한다는 것을 보여줍니다. 지구라는 무거운 물체에서 멀어질수록 시간이 빨리 진행된다는 것은 고정밀 원자시계와 도쿄 스카이트리를 이용한 실험에서 cm 단위의 정밀도로 관측되었는데, 콜로라도대학의 연구팀이 주도한 새로운 연구에서 mm 단위의 정밀도로 시간의 진행 차이가 관측되었습니다.

[2109.12238] Resolving the gravitational redshift within a millimeter atomic sample
https://arxiv.org/abs/2109.12238

General relativity's time dilation was captured across a millimeter | Science News
https://www.sciencenews.org/article/atomic-clock-general-relativity-time-warp-millimeter-physics

An atomic clock measured how general relativity warps time across a millimeter

An Atomic Clock Promises Link Between Quantum World and Gravity | Quanta Magazine
https://www.quantamagazine.org/an-atomic-clock-promises-link-between-quantum-world-and-gravity-20211025/

An Ultra-Precise Clock Shows How to Link the Quantum World With Gravity | Quanta Magazine

콜로라도대학의 연구팀은 10만 개의 스트론튬원자로 구성된 원자시계를 측정에 사용했습니다. 레이저광으로 형성된 광격자 내에 설치된 스트론튬원자의 에너지상태를 관측해 고도로 인한 시간 흐름의 차이를 측정했습니다.

약 90시간에 걸친 데이터를 분석한 결과, 1mm 높이의 차이가 10경분의 1%의 시간 흐름의 차이가 생기는 것으로 판명났습니다. 과학지 Science News는 “이것은 일반상대성이론으로 예상되는 값이며, 지금까지 수행된 가장 정확한 기록”이라고 평가했습니다.

이번 연구를 정리한 논문은 사독 전 단계이기 때문에 연구자들은 언급을 자제하고 있다고 합니다. 이번 실험은 원자시계의 측정정밀도가 최근 현저하게 진보를 이루고 있는 점에서도 주목을 받았는데, 연구에 참여하지 않은 뉴사우스웨일즈대학의 이론물리학자 빅터 프랑바움 씨는 “암흑물질의 탐색에 사용할 수 있을 정도로 최근의 원자시계의 측정정밀도는 매우 정확하다"고 평가했습니다.