(Satelitul LAGEOS-1 (diametru = 60 cm))
Fizica în principal este o urmărire experimentală. Dacă o teorie nu este de acord cu rezultatele experimentale, atunci teoria este greșită. Cu toate acestea, devine din ce în ce mai greu să testezi în mod direct anumite teorii ale fizicii fundamentale la frontiera cu energia înaltă/distanță mică, tocmai pentru că această frontieră devine din ce în ce mai dificilă din punct de vedere tehnologic. Large Hadron Collider se apropie de limita a ceea ce putem face cu tehnologia acceleratoarelor actuală în ceea ce privește atingerea directă a frontierei energetice. Motivația pentru această problemă specială a fost aceea de a încerca să se colecteze idei și abordări potențiale pentru a cerceta experimental unele dintre ideile noastre despre fizică la frontiera de energie mare/distanță mică.
Spațiutimpul din jurul Pământului este un mediu bun pentru a efectua teste ale teoriilor gravitaționale. Conform vederii lui Einstein asupra fenomenelor gravitaționale, conținutul de masă-energie al Pământului curbează spațiutimpul înconjurător într-un mod specific. Acest mediu dinamic (relativ) silențios permite o bună reconstrucție a orbitelor sateliților geodezici (mase de încercare), cu condiția să fie disponibile date de urmărire de înaltă calitate. Acesta este cazul sateliților LAGEOS, construiți și lansați în principal pentru scopuri geodezice și geodinamice, dar la fel de bine pentru studiile fizice fundamentale.
Teoria generală a relativității a lui Albert Einstein este cea mai precisă descriere a dinamicii gravitaționale pe care o avem la dispoziție. În ciuda contabilității sale exacte a interacțiunii gravitaționale ca efect al spațiutimpului curbat asupra dinamicii materiei și a altor domenii fundamentale, ea este contestată de mai multe idei teoretice, legate în principal de căutarea unei teorii cuantice a gravitației și de unificarea gravitației cu celelalte cunoscute interacțiuni fundamentale ale naturii. Aceste probleme sunt în cele din urmă legate de problema structurii mici a spațiului și de problemele în teoria singularităților. La nivel astrofizic și cosmologic, mai multe probleme nerezolvate pot implica o revizuire a cunoștințelor despre fenomenele gravitaționale. Toate aceste aspecte se reflectă și pe scara mai mică a Sistemului Solar, în special în mediul apropiat de Pământ, unde – datorită explorării spațiului și a tehnicilor experimentale din ce în ce mai avansate – pot fi concepute și implementate multe setări experimentale.
Dintre modalitățile de a testa dinamica gravitațională, una dintre cele mai simple este urmarea (urmărirea) mișcării unui obiect care orbitează în câmpul gravitațional produs de altul, mai mare (primar). Obiectul care orbitează trebuie să fie cât mai aproape posibil de o masă punctuală, pentru a nu perturba în mod semnificativ câmpul gravitațional al obiectului primar; ar trebui să fie ceea ce se numește o masă de testare. O modelizare adecvată (analitică sau numerică) a acestui sistem dă o predicție pentru orbita rezultată care poate fi comparată cu datele experimentale de urmărire. O astfel de schemă este destul de generală și ar putea fi aplicată la o varietate de situații experimentale. O situație deosebită este dată de disponibilitatea în jurul Pământului a obiectelor (sateliți) proiectate special pentru a fi cât mai aproape posibil de ideea ideală a unei mase de testare: sateliții LAGEOS. Aceștia, precum și alții similari, au fost proiectați, construiți și lansați pentru scopuri geodezice și geodinamice. În 2012, satelitul LARES a fost lansat și plasat pe orbită în jurul Pământului. Datele de la acest nou satelit cu laser, împreună cu cele ale LAGEOS, sunt de așteptat să deschidă calea către testele mai exacte ale relativității generale;
LAGEOS sunt țintă pentru impulsurile laser trimise de la stațiile de la sol, folosite pentru a calcula distanța (intervalul) instantanee; precizia remarcabilă a acestei tehnici de urmărire, denumită „satellite laser range” (SLR), permite o determinare precisă a orbitelor lor. Acest lucru se poate face prin proceduri dedicate și o modelare fină a dinamicii lor. De-a lungul anilor, disponibilitatea pentru comunitatea științifică a datelor de la distanță a permis o varietate de studii. Multe dintre ele sunt legate de geodezie și geofizică. În același timp, însă, este posibil să se exploateze aceleași date pentru a efectua teste fizice fundamentale, prin compararea orbitei (măsurate și reconstruite) cu cele prezise de mai multe teorii gravitaționale concurente. Acest obiectiv foarte simplu necesită efectuarea unui număr de pași, care vor fi descriși în cele ce urmează. Trebuie subliniat faptul că, în această căutare, cu cât sunt datele mai9 bune cu atât mai bune sunt modele. Acest lucru este valabil mai ales pentru că semnalele căutate sunt de obicei cu mai multe ordine de mărime sub semnalele „competitive”.
Sursa: Roberto Peron, ”Testing General Relativistic Predictions with the LAGEOS Satellites”, in Hindawi Publishing Corporation, Advances in High Energy Physics, Volume 2014, Article ID 791367, http://dx.doi.org/10.1155/2014/791367
Lasă un răspuns