Mikä on G: n arvo?

NIST on osallistunut uuteen ponnistukseen ratkaistakseen fysiikan pysyvän ja kasvavan ongelman: g: n arvon. laske vetovoiman kohteiden välillä , on yli 300 vuotta vanha. Mutta vaikka tutkijat ovat yrittäneet mitata sen arvoa vuosisatojen ajan, G tunnetaan silti vain 3 merkitsevää lukua. Sen sijaan muita vakioita on mitattu paljon tarkemmin;esimerkiksi elektronin massa kilogrammoina tunnetaan noin 8-numeroisena.i

vielä pahempaa on, että mitä enemmän tutkijat tekevät kokeita saadakseen selville gravitaatiovakion, sitä enemmän heidän tuloksensa eroavat toisistaan.

9.-10. lokakuuta 2014 NIST: iin kokoontui useita kymmeniä tutkijoita eri puolilta maailmaa pohtimaan vaihtoehtojaan.

”olemme kaikki täällä, koska meillä on ongelma G: n kanssa – ja tarkoitan, että voi pojat, onko meillä ongelma G: n kanssa”, sanoi PML: n Kvanttimittausosaston päällikkö Carl Williams kootulle ryhmälle kokouksen ensimmäisenä aamuna. ”Tästä on tullut yksi niistä vakavista asioista, joihin fysiikan on puututtava.”

gravitaatiovakio tunnetaan tuttavallisesti nimellä ”iso G” erottamaan se ”Pikku g: stä”, maan painovoiman aiheuttamasta kiihtyvyydestä.ii nimestään huolimatta iso G on pikkuruinen-noin 6.67 x 10-11 m3 kg-1 s-2 – ja verrattain heikko, karkeasti biljoona biljoonaa biljoonaa kertaa heikompi kuin sähkömagneettinen voima, joka on vastuussa matkamagneettien kiinnittämisestä jääkaappeihin. Ja sen heikkous vaikeuttaa mittaamista.

kokeilijat ovat käyttäneet erilaisia lähestymistapoja – heilurimassoja, massoja vapaapudotuksessa, tasapainopalkkeja ja vääntösaldoja, jotka mittaavat muiden massojen puoleensa vetävien johtimien vääntömomenttia tai pyörimistä. Mutta juoni kaikki tulokset viimeisten 15 vuoden paljastaa suhteellisen laaja arvojen vaihtelevat noin 6.67 x 10-11 m3 kg-1 s-2.

lisäksi CODATA – International Council for Science Committee on Data for Science and Technology, joka analysoi yksittäisten kokeiden tuloksia ja tarjoaa kansainvälisesti hyväksytyt arvot fysikaalisille perusvakioille – on joutunut lisäämään epävarmuutta uusimpaan suositukseensa g: n arvosta kokeiden erojen vuoksi.iii

NIST-työpajassa 53 osallistujaa olivat yksimielisiä siitä, että jotain on tehtävä. He suosittelivat, että yksi tai useampi organisaatio perustaisi vuosittaisia tai puolivuosittaisia kokouksia, joissa keskityttäisiin erityisesti kampanjaan big G: n arvon määrittämiseksi tarkemmalla tarkkuudella, ja he kannattivat ajatusta keskittyä uusiin mittaustapoihin, kuten atomien interferometriaan, jota käytettiin hiljattain laserjäähdytteisillä rubidiumatomeilla tehdyssä kokeessa.iv

pääsyylliseksi näihin eroavaisuuksiin epäillään mittausten systemaattista epävarmuutta, ja suuri osa keskustelusta keskittyi melun vähentämiseen. Yksi tapa ratkaista tämä ongelma, osallistujien mielestä, on eri ryhmien suorittaa riippumattomia kokeita käyttäen samaa laitetta. Kaksi ryhmää, joiden tulokset olivat erityisen poikkeavia, tarjosivat varusteitaan kokouksen aikana, odottaen keskusteluja resurssien uudelleen hyödyntävien ryhmien kanssa.

työpajan osallistujat ilmaisivat Kohtalaista kiinnostusta konsortion muodostamiseen, organisaatioon, joka keskittäisi konsensuksen löytämisen prosessin. Konsortion mahdollinen etu olisi tarjota NIST: lle ja muille kansallisille Mittauslaitoksille keino tukea jäseniä esimerkiksi tarkkuusmittauspalvelujen muodossa.

”on selvää, ettei ole oikeaa vastausta siihen, miten edetä”, Williams sanoi. ”Mutta ison g-kiistan ratkaisemisen ympärillä on kansainvälistä tukea, joten se on meille siinä suhteessa hieno hetki.”