我科學(xué)家測出最精確萬有引力常數(shù)
北京時間8月30日凌晨，《自然》雜志刊發(fā)了中國科學(xué)院院士羅俊團(tuán)隊最新測G結(jié)果，該團(tuán)隊歷經(jīng)30年艱辛測出了截至目前國際上最高精度的G值。
牛頓萬有引力定律指出了使蘋果落地的力和維系行星沿橢圓軌道運(yùn)動的力本質(zhì)一致，而這種力在我們生活中無處不在，小到看不見的基本粒子，大到宇宙天體，這就是萬有引力。要計算物體間的萬有引力，則需知道引力常數(shù)G的大小，但令人遺憾的是，截至目前，我們并不知道G的精確值是多少。對萬有引力常數(shù)G的精確測量不僅具有計量學(xué)上的意義，其對于檢驗牛頓萬有引力定律及深入研究引力相互作用規(guī)律都具有重要意義。
羅俊團(tuán)隊從上世紀(jì)80年代就已開始采用扭秤技術(shù)精確測量萬有引力常數(shù)G，歷經(jīng)10多年的努力于1999年得到了第一個G值，被隨后歷屆的國際科學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)委員會(CODATA)錄用?？茖W(xué)探索的腳步?jīng)]有就此止步，該團(tuán)隊對實驗方案進(jìn)行了一系列優(yōu)化以及對各項誤差進(jìn)行更深入的研究，并于2009年發(fā)表了新的結(jié)果，相對精度達(dá)到26ppm。該結(jié)果是當(dāng)時采用扭秤周期法得到的最高精度的G值，也被隨后的歷屆CODATA所收錄命名為HUST-09。如今，羅俊團(tuán)隊再次一鳴驚人，采用兩種不同方法測G，給出了目前國際上最高精度的G值，相對不確定度優(yōu)于12ppm，實現(xiàn)了對國際頂尖水平的趕超。
據(jù)專家介紹，G值的測量原理早已十分明確，但測量過程卻異常繁瑣、復(fù)雜。在一種測量方法中，往往包含近百項的誤差需要評估。本次實驗中，為了增加測量結(jié)果的可靠性，實驗團(tuán)隊同時使用了兩種獨(dú)立的方法，分別是扭秤周期法和扭秤角加速度反饋法。這兩種實驗方法雖已不再新奇，但與兩種方法相關(guān)的裝置設(shè)計及諸多技術(shù)細(xì)節(jié)均需團(tuán)隊成員自己摸索、自主研制完成。在此過程中一批高精尖的儀器設(shè)備被研發(fā)出來，其中很多儀器已在地球重力場的測量、地質(zhì)勘探等方面發(fā)揮重要作用。如團(tuán)隊開發(fā)的精密扭秤技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在衛(wèi)星微推進(jìn)器的微推力標(biāo)定、空間慣性傳感器的地面標(biāo)定等方面，這些儀器將為精密重力測量國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施以及空間引力波探測——“天琴計劃”的順利實施奠定良好的基礎(chǔ)。
論文的通訊作者之一、團(tuán)隊核心成員、華中科技大學(xué)引力中心楊山清教授感慨：“從上世紀(jì)80年代羅俊院士開始進(jìn)行萬有引力常數(shù)G的精確測量實驗研究至今，他已將其看作是畢生的事業(yè)，幾十年如一日地在華中科技大學(xué)山洞實驗室工作。羅院士不僅給我們提供了方向的指引，同時以身作則，對實驗過程中的每個重要階段他都主動帶領(lǐng)團(tuán)隊成員一起分析、討論并指導(dǎo)大家做實驗。一批兼具理論與實踐能力的優(yōu)秀人才在此過程中得以成長。”(記者劉志偉 )
關(guān)鍵詞： 萬有引力 常數(shù) 科學(xué)家
