Теория относительности предполагает, что человек, летящий в космическом корабле, состарится медленнее, чем его брат-близнец, находящийся на Земле.

Точная проверка этого замедления времени, впервые выполненная в 1938 году, включала в себя наблюдение за сдвигом частоты в электронных переходах быстродвижущихся ионов. Обновленный эксперимент с использованием ионов лития подтвердил этот прогноз с беспрецедентной точностью.

Релятивистская модель замедления времени происходит от инвариантности Лоренца: физическое измерение должно быть независимым от ориентации или скорости отсчета. Определенные теории квантовой гравитации, например, теория струн, предсказывает его нарушение при очень малом уровне.

Физики разработали целый ряд тестов, один из которых включает в себя измерение замедления времени. Для проведения такого теста Бенджамин Ботерманн из Майнцского университета Иоганна Гутенберга (Германия) вместе с коллегами искали релятивистский доплеровский сдвиг литиевых ионов, ускоренных до трети скорости света в экспериментальном накопительном кольце с системой электронного охлаждения в Дармштадте (Германия).

Ученые стимулировали два отдельных перехода в ионах с помощью двух лазерных лучей, распространяющихся в противоположных направлениях по отношению к движению ионов. Эксперимент эффективно измеряет сдвиг в лазерных частотах относительно того, что эти частоты переходов являются действующими для ионов в состоянии покоя. Сочетание двух частотных сдвигов устраняет неопределенные параметры и позволяет команде предсказать замедление хода времени до нескольких частей на миллиард.