Эксперимент Паунда и Ребки: различия между версиями

Для определения разности темпа хода времени в разнесённых по высоте точках Паунд и Ребка использовали измерения частоты [[фотон]]ов в двух точках вдоль их траектории: в точке испускания и в точке поглощения. Разность в измеренной частоте в верхней и нижней точках указывает на разность хода времени в этих точках. [[Гамма-квант]] с энергией {{nobr|14,4 кэВ}}, испускаемый возбуждённым ядром [[Железо-57|⁵⁷Fe]] в переходе на основное состояние, проходил расстояние {{nobr|{{math|''h''}} {{=}} 22,5 м}} по вертикали в поле тяготения Земли и [[резонанс]]но поглощался мишенью из того же материала. При точном совпадении частот фотона в точке испускания и поглощения и отсутствии отдачи испускающего и поглощающего ядер вероятность поглощения максимальна (источник и поглотитель настроены в резонанс); при расхождении частоты фотона и поглотителя вероятность поглощения уменьшается, в зависимости от разности частот и «[[добротность|остроты]]» резонанса (то есть ширины линии поглощения). Эта схема эквивалентна радиопередатчику и радиоприёмнику, настроенным на одну частоту; согласно ОТО, когда приёмник переносится вниз, в точку с большим гравитационным потенциалом, частота, на которую он настроен, уменьшается с точки зрения наблюдателя, оставшегося возле передатчика, как замедляются и любые другие процессы, и в результате приёмник и передатчик выходят из резонанса — электромагнитное излучение передатчика перестаёт поглощаться приёмником. Однако эффект в слабом гравитационном поле Земли очень мал, поэтому его обнаружение наталкивается на существенные экспериментальные трудности. В первую очередь, даже при излучении и поглощении в одной точке (т.е. даже в отсутствие гравитационного красного смещения) будет наблюдаться существенный доплеровский сдвиг частот между излучающим и поглощающим атомами ввиду того, что оба атома получают импульс отдачи от фотона. Этот доплеровский сдвиг отдачи для одиночного атома железа-57 на пять порядков больше ожидаемого эффекта. Поэтому в эксперименте использовался открытый всего за два года до его проведения [[Эффект Мёссбауэра|эффект Мёссбауэра]], который обеспечивает поглощение импульса отдачи при испускании и поглощении фотона не отдельным ядром атома, а всем кристаллом (точнее, его макроскопической частью), так что энергия фотона при излучении практически не тратится на отдачу. Согласно [[Принцип эквивалентности сил гравитации и инерции|принципу эквивалентности]], относительное изменение частоты света <math>\frac{\delta\nu}{\nu}</math> для фотона, испущенного в точке с [[Гравитационный потенциал|гравитационным потенциалом]] <math>\varphi_{1}</math> и поглощённого в точке с гравитационным потенциалом <math>\varphi_{2},</math> равно <math>\frac{\delta\nu}{\nu}=\frac{\varphi_{2}-\varphi_{1}}{c^2}.</math> В условиях эксперимента относительное изменение частоты света согласно общей теории относительности должно составлять

 

где {{math|''g''}} — [[ускорение свободного падения]],

: {{math|''h''}} = 22,5 м — расстояние (высота излучателя относительно поглотителя),

Детектором гамма-квантов служила сборка из семи [[сцинтиллятор]]ов [[NaI]] толщиной {{nobr|7 мм}}, установленных на [[Фотоэлектронный умножитель|фотоэлектронных умножителях]]. На сцинтилляторы сверху устанавливались поглотители — семь бериллиевых дисков толщиной {{nobr|1 см}}, на которые гальванически была нанесена плёнка из железа, обогащённого железом-57 до 32 %<ref name=prl1960/><ref name=ufn1960/>.

 

 

== Дальнейшие эксперименты ==