Hvad er værdien af G?

NIST har deltaget i et nyt skub for at tackle et vedvarende og voksende problem inden for Fysik: værdien af G. den Nytoniske gravitationskonstant , brugt til at for at beregne den attraktive tyngdekraft mellem objekter, er mere end 300 år gammel. Men selvom forskere har forsøgt at måle dens værdi i århundreder, er G stadig kun kendt for 3 signifikante tal. I modsætning hertil er andre konstanter blevet målt med meget større præcision; elektronens masse i kg er for eksempel kendt for omkring 8 cifre.i

værre endnu, jo flere eksperimenter forskere udfører for at fastlægge gravitationskonstanten, jo mere afviger deres resultater.

den 9. -10. oktober 2014 samledes flere dusin forskere fra hele verden på NIST for at overveje deres muligheder.”vi er alle her, fordi vi har et problem med G – og jeg mener, dreng, har vi et problem med G,” sagde Carl Vilhelm, chef for PML ‘ s kvante måling Division, til den samlede gruppe på den første morgen af mødet. “Dette er blevet et af de alvorlige problemer, som fysikken skal tage fat på.”

gravitationskonstanten er kendt som” big G “for at skelne den fra” lille g”, accelerationen på grund af Jordens tyngdekraft.ii trods sit navn, big G er lille-omkring 6.67 gange 10-11 m3 kg – 1 s – 2-og relativt svag, omtrent en billion billioner billioner gange svagere end den elektromagnetiske kraft, der er ansvarlig for at anbringe souvenirmagneter på køleskabe. Og dens svaghed gør det vanskeligt at måle.

eksperimentalister har brugt en række forskellige tilgange – svingende pendler, masser i frit fald, balancebjælker og torsionsbalancer, der måler drejningsmomentet eller rotationen af ledninger, der understøtter masser, der tiltrækkes af andre masser. Men et plot af alle resultaterne fra fortiden 15 år afslører en relativt bred spredning i værdier fra omkring 6.67 * 10-11 m3 kg-1 s-2.desuden har CODATA – Det Internationale Råd for Videnskabsudvalg for Data for videnskab og teknologi, der analyserer resultaterne af individuelle eksperimenter og leverer et internationalt accepteret sæt værdier for grundlæggende fysiske konstanter-været nødt til at øge usikkerheden om sin seneste anbefaling for en værdi af G på grund af forskellene i eksperimenterne.iii

på NIST-værkstedet blev de 53 deltagere enstemmigt enige om, at der skulle gøres noget. De anbefalede, at en eller flere organisationer oprettede årlige eller halvårlige møder med fokus specifikt på kampagnen for at bestemme big G ‘ s værdi med større nøjagtighed, og de støttede ideen om at fokusere på nye tilgange til målingen, såsom den atomare interferometri-opsætning, der blev brugt i et nyligt eksperiment, der involverede laserkølede rubidiumatomer.iv

den største synder i disse uoverensstemmelser mistænkes for at være systematiske usikkerheder i målingerne, og meget af diskussionen fokuserede på at reducere støj. En måde at løse dette problem på, følte deltagerne, er, at forskellige hold udfører uafhængige eksperimenter ved hjælp af det samme sæt apparater. To grupper med særligt afvigende resultater tilbød deres udstyr under mødet i afventning af diskussioner med de hold, der vil genbruge ressourcerne.Værkstedsdeltagere udtrykte moderat interesse for at danne et konsortium, en organisation, der ville centralisere processen med at finde konsensus. En potentiel fordel ved et konsortium ville være at give NIST og andre nationale Måleinstitutter (NMI ‘ er) et middel til at bidrage med støtte, for eksempel i form af præcisionslængde metrologitjenester, til medlemmerne.

“det er klart, at der ikke er noget rigtigt svar på, hvordan man går videre,” sagde Thomas. “Men der er international støtte omkring at løse big G-kontroversen, og det er derfor en god tid for os i den henseende.”