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.

Сравнительный тест камер флагманских смартфонов (2026): итоги

Лучший процессор под DDR4 в 2026 году: AM4 против LGA 1700

Обзор беззеркальной камеры Sony Alpha 7 V: эволюция с человеческим лицом

Снято в Голливуде? Почему Стэнли Кубрик физически не смог бы подделать лунную походку

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.

Учёные NASA в журнале EPJ Quantum Technology опубликовали статью, в которой сообщили о разработке первого космического квантового датчика для измерения силы тяжести вблизи Земли. Новый прибор сможет с высочайшей точностью создавать гравитационную карту планеты. Это поможет в навигации, в космических программах, а также позволит дистанционно определять залежи полезных ископаемых, включая нефть и питьевую воду.

Снято в Голливуде? Почему Стэнли Кубрик физически не смог бы подделать лунную походку

Лучший процессор под DDR4 в 2026 году: AM4 против LGA 1700

Сравнительный тест камер флагманских смартфонов (2026): итоги

Обзор беззеркальной камеры Sony Alpha 7 V: эволюция с человеческим лицом

Пример гравитационной карты Земли (красным обозначены области повышенной гравитации, синим — пониженной). Источник изображения: NASA

Квантовые датчики гравитации используют тот же принцип измерения силы тяжести, что и обычные датчики, только они будут на порядок чувствительнее. Для этого в квантовых датчиках в качестве тестовых масс, по ускорению падения которых определяется сила тяжести в конкретной точке пространства, используются атомы. В остальном всё происходит похожим образом. В зависимости от силы тяжести в каждой конкретной точке пространства тестовая масса будет падать с большим или меньшим ускорением. Тем самым далеко внизу на Земле и под её поверхностью, над которой пролетает спутник с датчиком, будет сосредоточено либо больше массы, либо меньше.

В качестве тестовой массы квантовый датчик Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf) использует сверхохлаждённые атомы рубидия. Охлажденные до температуры, близкой к абсолютному нулю, частицы в облаках атомов будут вести себя как волны. Квантовый гравитационный градиентометр измерит разницу в ускорении между волнами этой материи, чтобы обнаружить гравитационные аномалии.

В процессе разработки датчика QGGPf и спутниковой системы для него NASA сотрудничает с рядом компаний и центров исследований. Так, технологию сенсорных головок команда JPL разрабатывает с компаниями AOSense и Infleqtion. Центр NASA им. Годдарда вместе с Vector Atomic трудится над усовершенствованием лазерной оптической системы.

Квантовый датчик обещает оказаться достаточно компактным для размещения на борту одного сравнительно небольшого корабля. Его объём будет на уровне 0,25 м³, а масса составит около 125 кг. Традиционные гравитационные приборы космического базирования заметно больше и тяжелее.

Первые полётные испытания элементов квантового гравитационного датчика запланированы на конец текущего десятилетия. Дата вывода в космос полноценного квантового научного прибора не установлена — ещё предстоит преодолеть достаточно много технических барьеров. Помимо составления гравитационной карты Земли квантовый датчик поможет изучать планеты Солнечной системы и внесёт свой вклад в фундаментальную физику. В своей области он станет самым совершенным и первым такого рода научным инструментом.