Äquivalenzprinzip im Weltraumtest

Seit Galilei und Newton gilt die Annahme, dass träge und schwere Masse äquivalent sind. Dies wird jedoch von neuen physikalischen Theorien wie der String-Theorie in Frage gestellt. Mit bisher unerreichter Genauigkeit wird das Äquivalenzprinzip nun im Weltraumprojekt "Microscope", einer deutsch-französischen Kooperation, auf den Prüfstand gestellt. Die PTB hat Fertigungs- und Messmethoden für die Herstellung der für die Beschleunigungsexperimente in einem erdnahen Orbit nötigen Testmassen entwickelt und erste Probekörper hergestellt.

Die Aussagekraft dieser Beschleunigungsexperimente hängt grundlegend von der Qualität der eingesetzten Testmassen ab. Nur wenn Masse, Form, Dichte und thermische Ausdehnung der Zylinder sehr genau bekannt sind, können die möglicherweise sehr kleinen Differenzen zwischen träger und schwerer Masse überhaupt beobachtet werden. Dem Wissenschaftlichen Gerätebau der PTB ist es gelungen, den Herstellungsprozess für die Testmassen (aus einer Standard-Titan-Legierung sowie einer sehr speziellen Platin-Rhodium-Legierung) soweit zu optimieren, dass die Form- und Dimensionsabweichungen in allen drei Raumdimensionen der Metallzylinder im Bereich von 1 µm liegen. Diese Präzision stellte eine enorme technische Herausforderung dar, welche an die theoretischen Fertigungsgrenzen der einsetzbaren Fertigungsmaschinen ging. Umfangreiche Messtechnik musste dazu in die Bearbeitungsstation integriert werden.

Die bisher produzierten Prototypen wurden von den entsprechenden Fachlaboratorien der PTB überprüft, erfüllen die angestrebten Genauigkeiten und werden im Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) in Bremen, einem Kooperationspartner in dem Projekt, für Messungen im Fallturm eingesetzt, die dem Orbitalexperiment vorgelagert sind. Nach Auswertung dieser Messungen wird die PTB die eigentlichen Testmassen für die Satellitenexperimente fertigen.