Jaká je hodnota G?

NIST se zúčastnil nový impuls k řešení přetrvávající a stále rostoucí problém ve fyzice: hodnota G. Newtonova konstantní gravitace, který se používá k výpočtu přitažlivá síla gravitace mezi objekty, je více než 300 let. Ale i když se vědci snaží měřit jeho hodnotu po staletí, G je stále známo pouze 3 významným postavám. Naproti tomu jiné konstanty byly měřeny s mnohem větší přesností; například hmotnost elektronu v kilogramech je známa asi 8 číslic.i

ještě horší je, že čím více experimentů vědci provádějí, aby určili gravitační konstantu, tím více se jejich výsledky liší.

ve dnech 9. – 10. října 2014 se v NIST shromáždilo několik desítek vědců z celého světa, aby zvážili své možnosti.

„všichni Jsme tady, protože máme problém s G – a myslím, chlapče, máme problém s G,“ řekl Carl Williams, Šéf PML je Kvantové Měření Divize, sestavené skupiny na první ranní setkání. „To se stalo jedním z vážných problémů, které musí fyzika řešit.“

gravitační konstanta je známá jako „velké G“, aby se odlišila od“ malého g“, zrychlení způsobené zemskou gravitací.ii navzdory svému názvu je big G malý-asi 6.67 x 10-11 m3 kg-1 s-2 – a poměrně slabý, zhruba bilion bilion bilion krát slabší než elektromagnetická síla zodpovědný za připojování suvenýr, magnety na ledničky. A jeho slabost ztěžuje měření.

Experimentátorů byly použity různé přístupy – houpající se kyvadlo, mas ve volném pádu, vahadel, a torzní váhy, které měří točivý moment nebo otáčení dráty podporu mas, které jsou přitahovány k další masy. Ale spiknutí všech výsledků z minulosti 15 let odhaluje relativně široké rozpětí hodnot v rozmezí od asi 6.67 x 10-11 m3 kg-1 s-2.

Kromě toho, CODATA – Mezinárodní Rada pro Vědu Výbor pro Data pro Vědu a Technologie, která analyzuje výsledky jednotlivých experimentů a poskytuje mezinárodně uznávaných sad hodnot základních fyzikálních konstant–, zvýšení nejistoty na jeho nejnovější doporučení pro hodnotu G vzhledem k rozdílnosti experimenty.iii

na workshopu NIST se 53 účastníků jednomyslně shodlo, že je třeba něco udělat. Doporučil, aby jedna nebo více organizací stanovit roční nebo pololetní setkání zaměřené konkrétně na kampaň, aby se určit, velký G je hodnota s větší přesností, a podpořil myšlenku se zaměřením na nové přístupy k měření, jako je atomová interferometrie nastavení použité v nedávném experimentu zahrnující laser chlazený atomů rubidia.iv

hlavním viníkem těchto nesrovnalostí je podezření na systematické nejistoty v měřeních a velká část diskuse se zaměřila na snížení hluku. Jedním ze způsobů, jak tento problém vyřešit, účastníci cítili, že různé týmy provádějí nezávislé experimenty pomocí stejné sady přístrojů. Dvě skupiny se zvláště deviantními výsledky nabídly své vybavení během setkání a čekaly na diskuse s týmy, které zdroje znovu využijí.

účastníci workshopu vyjádřili mírný zájem o vytvoření konsorcia, organizace, která by centralizovala proces hledání konsensu. Potenciálním přínosem konsorcia by bylo poskytnutí NIST a dalších národních měřicích ústavů (NMI) prostřednictvím přispívající podpory, například ve formě služeb přesné metrologie délky, členům.

„je zřejmé, že neexistuje správná odpověď na to, jak postupovat vpřed,“ řekl Williams. „Existuje však mezinárodní podpora při řešení velké kontroverze G, a proto je pro nás v tomto ohledu skvělý čas.“