Jaka jest wartość G?

NIST wzięła udział w nowym przedsięwzięciu mającym na celu rozwiązanie uporczywego i rosnącego problemu w fizyce: wartości G. newtonowskiej stałej grawitacji, używanej w aby obliczyć siłę przyciągania grawitacji między obiektami, ma ponad 300 lat. Ale chociaż naukowcy od wieków próbują zmierzyć jego wartość, G jest nadal znane tylko 3 znaczącym liczbom. Dla kontrastu, inne stałe zostały zmierzone z większą precyzją; masa elektronu w kilogramach, na przykład, jest znana około 8 cyfr.i

co gorsza, im więcej eksperymentów naukowcy przeprowadzają w celu określenia stałej grawitacyjnej, tym bardziej Ich Wyniki się różnią.

w dniach 9-10 października 2014 r.kilkudziesięciu naukowców z całego świata zebrało się w NIST, aby rozważyć swoje możliwości.

„wszyscy jesteśmy tutaj, ponieważ mamy problem z G – i mam na myśli, chłopcze, czy mamy problem z G”, powiedział Carl Williams, szef działu pomiarów kwantowych PML, do zgromadzonej grupy pierwszego ranka spotkania. „Stało się to jednym z poważnych problemów, które fizyka musi rozwiązać.”

stała grawitacyjna jest znana jako” Duże G”, aby odróżnić ją od” małego g”, przyspieszenia spowodowanego grawitacją Ziemi.ii pomimo nazwy, Duże G jest małe-około 6.67 x 10-11 m3 kg-1 s-2 – i stosunkowo słaby, mniej więcej bilion trylionów trylionów razy słabszy od siły elektromagnetycznej odpowiedzialnej za mocowanie magnesów do lodówek. A jego słabość utrudnia zmierzenie.

eksperymentatorzy stosowali różne podejścia – wahadła wahadłowe, masy w swobodnym upadku, belki równoważące i wagi skrętne, które mierzą moment obrotowy lub obrót drutów podtrzymujących masy, które są przyciągane do innych mas. Ale Wykres wszystkich wyników z ostatnich 15 lat ujawnia stosunkowo szeroki zakres wartości od około 6.67 x 10-11 m3 kg-1 s-2.

ponadto CODATA – Międzynarodowa Rada ds. nauki Komitet ds. danych dla Nauki i technologii, która analizuje wyniki poszczególnych eksperymentów i zapewnia międzynarodowo akceptowane zestawy wartości dla podstawowych stałych fizycznych – musiała zwiększyć niepewność co do swojej ostatniej rekomendacji dla wartości G ze względu na rozbieżność eksperymentów.iii

na warsztatach NIST 53 uczestników jednogłośnie zgodziło się, że coś należy zrobić. Zalecili organizacjom, aby organizowały coroczne lub dwuletnie spotkania poświęcone kampanii w celu określenia wartości big G z większą dokładnością i poparli pomysł skupienia się na nowych podejściach do pomiaru, takich jak konfiguracja interferometrii atomowej używana w ostatnim eksperymencie z udziałem chłodzonych laserowo atomów rubidu.iv

głównym winowajcą tych rozbieżności jest podejrzenie systematycznej niepewności w pomiarach, a większość dyskusji koncentrowała się na redukcji hałasu. Jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu, zdaniem uczestników, jest przeprowadzanie przez różne zespoły niezależnych eksperymentów przy użyciu tego samego zestawu aparatury. Dwie grupy o szczególnie niekorzystnych wynikach zaoferowały swój sprzęt podczas spotkania, w oczekiwaniu na dyskusje z zespołami, które ponownie wykorzystają zasoby.

uczestnicy warsztatów wyrazili umiarkowane zainteresowanie utworzeniem konsorcjum, organizacji, która centralizowałaby proces znajdowania konsensusu. Potencjalną korzyścią konsorcjum byłoby zapewnienie członkom NIST i innym krajowym instytutom pomiarowym (NMI) środków wsparcia, na przykład w postaci usług precyzyjnej metrologii długości.

„najwyraźniej nie ma właściwej odpowiedzi na to, jak iść naprzód” – powiedział Williams. „Ale istnieje międzynarodowe poparcie dla rozwiązania kontrowersji big G, więc jest to dla nas świetny czas w tym zakresie.”