Dans une autre vérification de la validité de la théorie de la relativité générale d'Einstein, Publié dans Photonique de la nature , des scientifiques du RIKEN Center for Advanced Photonics and Cluster for Pioneering Research, avec des collègues, ont utilisé deux horloges à réseau optique finement réglées, un à la base et un sur le plancher de l'observatoire de 450 mètres de Tokyo Skytree, pour faire de nouvelles mesures ultraprécises de l'effet de dilatation du temps prédit par la théorie de la relativité générale d'Einstein.

Einstein a théorisé que le gauchissement de l'espace-temps par gravité était causé par des objets massifs. En ligne avec cette, le temps s'écoule plus lentement dans un champ gravitationnel profond que dans un champ moins profond. Cela signifie que les temps sont légèrement plus lents à la base de la tour Skytree qu'au sommet.

La difficulté de mesurer réellement le changement dans la vitesse à laquelle les horloges fonctionnent dans différents champs de gravité est que la différence est très petite. Effectuer un test rigoureux de la théorie de la relativité nécessite soit une horloge très précise, soit une grande différence de hauteur. L'une des meilleures mesures à ce jour a impliqué des horloges grandes et complexes telles que celles développées par le groupe RIKEN, qui peut mesurer une différence d'environ un centimètre de hauteur. En dehors du laboratoire, les meilleurs tests ont été effectués par des satellites, avec des altitudes différentes de milliers de kilomètres. De telles expériences spatiales ont limité toute violation de la relativité générale à environ 30 parties par million, une mesure extrêmement précise qui montre essentiellement qu'Einstein a raison.

Les scientifiques de RIKEN et leurs collaborateurs ont entrepris de développer des horloges à réseau optique transportables qui pourraient effectuer des tests de relativité d'une précision comparable, mais au sol. Le but ultime, cependant, n'est pas de prouver ou de réfuter Einstein. Selon Hidetoshi Katori de RIKEN et de l'Université de Tokyo, qui dirigeait le groupe, "Une autre application majeure des horloges ultraprécises est de détecter et d'utiliser la courbure de l'espace-temps par gravité. En l'utilisant, les horloges peuvent distinguer de petites différences d'altitude, nous permettant de mesurer le gonflement du sol dans des endroits tels que les volcans actifs ou la déformation de la croûte, ou pour définir la référence pour la hauteur. Nous voulions démontrer que nous pouvions effectuer ces mesures précises n'importe où en dehors du laboratoire, avec des appareils transportables. C'est la première étape vers la transformation d'horloges ultraprécises en appareils du monde réel."

La clé de l'exploit d'ingénierie était de miniaturiser les horloges de la taille d'un laboratoire en appareils transportables et de les rendre insensibles aux bruits environnementaux tels que les changements de température, vibrations, et les champs électromagnétiques. Chacune des horloges était enfermée dans une boîte à bouclier magnétique, environ 60 centimètres de chaque côté. Les divers dispositifs laser et contrôleurs électroniques nécessaires pour piéger et interroger les atomes confinés dans un réseau étaient logés dans deux boîtiers montables en rack. Les deux horloges étaient reliées par une fibre optique pour mesurer la note de battement. En parallèle, les scientifiques ont effectué une télémétrie laser et une mesure de la gravité pour évaluer indépendamment la différence de champ gravitationnel pour les deux horloges.

Le chiffre qu'ils ont atteint pour les violations de la relativité générale était une autre validation de la théorie d'Einstein, comme les autres avant. Quelle est la clé de l'expérience, selon Katori, c'est qu'ils l'ont démontré avec une précision comparable aux meilleures mesures spatiales, mais à l'aide d'appareils transportables opérant au sol. À l'avenir, le groupe prévoit de comparer des horloges distantes de centaines de kilomètres pour surveiller le soulèvement et la dépression du sol à long terme, l'une des applications potentielles des horloges ultraprécises.