H. Dittus

Tests zum Schwachen Äquivalenzprinzip sind fundamentale physikalische Experimente. Das Schwache Äquivalenzprinzip ist nicht nur eine der Grundhypothesen für die derzeit gültige Gravitationstheorie des Prinzips der Allgemeinen Relativität. Tests zum Schwachen Äquivalenzprinzip können auch experimentelle Beweise für oder gegen die verschiedenen theoretischen Ansätze zur Lösung von Problemen im Standard- Modell der Quantenphysik, zur Generierung von Theorien zur Vereinigung der bekannten Wechselwirkungskräfte oder zur Entwicklung von Modellen zur Quantengravitation erbringen. Eine direkte Konsequenz der Gleichheit (oder Äquivalenz) von träger und schwerer Masse ist, dass zwei Körpern abhängig vom Material, aus dem sie gefertigt sind, im Schwerefeld eines dritten Körpers die gleiche gravitative Beschleunigung erfahren. In strenger Ausformulierung gilt das Äquivalenzprinzip nur für Punktmassen und lautet: Alle Punktteilchen, deren eigenes Gravitationsfeld vernachlässigt werden kann, durchlaufen bei rein gravitativer Wechselwirkung und gleichen Anfangsbedingungen dieselbe Bahn. Die Bahn ist somit keine Eigenschaft des einzelnen Punktteilchens mehr. Dieses Phänomen der Universalität des Freifalls ist heute bis auf einen Fehler von 10-12 bestätigt. Obwohl sich Freifall-Experimente als einfache Tests des Schwachen Äquivalenzprinzips aufdrängen, wurden die bislang besten experimentellen Ergebnisse bei Labormessungen mit Torsionswaagen erzielt. Der Grund dafür ist, dass auf Torsionswaagen periodische Langzeitexperimente durchgeführt werden können, während im Gegensatz dazu Freifall-Tests auf der Erde kurze Einzelexperimente von wenigen Sekunden Dauer sind. Dabei wirken sich insbesondere die Gezeitenkräfte, seismische Einflüsse und die Inhomogenität des Gravitationsfeldes der Erde störend auf das Experimente aus. Seit längerer Zeit gibt es deshalb viele Bemühungen, auch Freifall-Tests des Schwachen Äquivalenzprinzips auf Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen mit extrem hoher Präzision durchzuführen. Die Steigerung der Genauigkeit von Satelliten-Experimenten gegenüber Freifalltests auf der Erde lässt sich allein dadurch erreichen, dass der Freifall periodisch mit dem Umlauf des Satelliten um die Erde stattfindet. Bei Satelliten-Experimenten werden somit die Vorteile der periodischen Wiederholung wie bei Torsionswaagen-Experimenten mit den Möglichkeiten zur Vermeidung von störenden seismischen Einflüssen ideal kombiniert.

14. Raumfahrtkolloquium an der Fachhochschule Aachen, 2001, Aachen

Conference Presentation

deutsch

ppt, 37 Seiten

DGLR-Bericht, 2001, 2001-08, 14. Raumfahrtkolloquium an der Fachhochschule Aachen - Extraterrestrische Forschung; S.1-37; 2001; Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn

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