MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) в США завершили десятилетний эксперимент по измерению гравитационной постоянной G. Результат разошёлся с предыдущим французским измерением и с международным справочным значением, но указал на прежде не учтённый источник ошибки.
Источник изображения: nist.gov, ioppublishing.org
Гравитационная постоянная, известная как «большая G», описывает силу притяжения между массами. Это одна из фундаментальных констант физики, однако её точное значение наука не может установить уже более 200 лет. Гравитация — самое слабое из четырёх фундаментальных взаимодействий природы, и потому в лаборатории её сложнее всего измерить точно. На сегодня известны 16 экспериментальных значений G, полученных разными группами. «Эти точки данных сильно разбросаны, а погрешность составляет около 10 миллионных долей», — рассказал физик NIST Стефан Шламмингер (Stephan Schlamminger) изданию Refractor.
Команда Шламмингера не стала проводить новый эксперимент. Вместо этого учёные воспроизвели опыт 2014 года, проведённый в Международном бюро мер и весов (BIPM) во Франции. Для этого ту самую установку перевезли через Атлантику в лабораторию NIST в Гейтерсберге, штат Мэриленд. Выбор был не случаен: именно эксперимент BIPM дал одно из самых отклоняющихся значений «большой G», и его воспроизведение могло помочь обнаружить скрытые систематические погрешности. Работа началась в 2016 году и заняла десять лет. Учёные определили G равной 6,67387 ± 0,00038 × 10⁻¹¹ м³·кг⁻¹·с⁻² — на 0,0235 % ниже результата исходного французского эксперимента. В физике, где другие фундаментальные константы измерены с высокой точностью — до многих знаков после запятой, такое расхождение остаётся существенным.
Главная находка — прежде не описанный эффект остаточного воздуха. Для работы установки из камеры откачивают воздух, создавая вакуум, но полностью удалить его невозможно. «Всегда остаётся немного воздуха — так называемое остаточное давление», — поясняет Шламмингер. Этот воздух действует на установку с небольшой силой, которую предыдущие эксперименты не учитывали. Это может приблизить нас к объяснению того, почему результаты разных измерений G до сих пор не сходятся.
Впрочем, распространять эту находку на другие эксперименты Шламмингер пока не готов. «Нам нужно рассмотреть каждый эксперимент по отдельности и разобраться, что именно в нём делалось», — заявил он. Новое значение несколько ниже значения, рекомендованного CODATA в 2018 году, но причину расхождения определить пока не удаётся. «Пока что мы считаем, что дело может быть в целом ряде эффектов, но определить, в чём именно состоят расхождения, мы ещё не можем», — подытожил учёный.
Источники:
