Het klinkt als sciencefiction, maar de tijd die je ervaart tussen twee gebeurtenissen hangt rechtstreeks af van het pad dat je door het universum volgt. Met andere woorden, Einsteins theorie van speciale relativiteitstheorie stelt dat een persoon die in een hogesnelheidsraket reist, langzamer zou verouderen dan mensen op aarde.
Hoewel maar weinig natuurkundigen betwijfelen of Einstein gelijk had, is het cruciaal om de tijdsdilatatie zo nauwkeurig mogelijk te verifiëren. Nu heeft een internationaal team van onderzoekers, waaronder Nobelprijswinnaar Theodor Hänsch, directeur van het Max Planck optiekinstituut, dit gedaan.
Speciale relativiteitstests dateren uit 1938. Maar toen we eenmaal regelmatig de ruimte in gingen, moesten we leren omgaan met tijdsdilatatie op dagelijkse basis. GPS-satellieten zijn bijvoorbeeld in feite klokken in een baan om de aarde. Ze reizen met een enorme snelheid van 14.000 kilometer per uur ruim boven het aardoppervlak op een afstand van 20.000 kilometer. Dus ten opzichte van een atoomklok op de grond verliezen ze ongeveer 7 microseconden per dag, een nummer waarmee rekening moet worden gehouden om goed te kunnen werken.
Om de tijdsdilatatie met een veel hogere precisie te testen, versnelden Benjamin Botermann van de Johannes Gutenberg-Universiteit, Duitsland en collega's lithiumionen tot een derde van de lichtsnelheid. Hier komt de Doppler-shift snel in het spel. Alle ionen die naar de waarnemer vliegen, worden blauw verschoven en alle ionen die van de waarnemer wegvliegen, worden rood verschoven.
Het niveau waarop de ionen een dopplerverschuiving ondergaan, hangt af van hun relatieve beweging ten opzichte van de waarnemer. Maar dit zorgt er ook voor dat hun klok langzaam loopt, waardoor het licht wordt verschoven vanuit het oogpunt van de waarnemer - een effect dat je in het laboratorium zou moeten kunnen meten.
Dus stimuleerde het team overgangen in de ionen met twee lasers die zich in tegengestelde richting voortplanten. Dan zijn eventuele verschuivingen in de absorptiefrequentie van de ionen afhankelijk van het Doppler-effect, dat we gemakkelijk kunnen berekenen, en de roodverschuiving door tijdsdilatatie.
Het team verifieerde hun voorspelling van tijdsdilatatie tot een paar delen per miljard, waardoor eerdere limieten werden verbeterd. De bevindingen werden op 16 september gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven.
