Физики осуществили самое точное измерение силы гравитации

Сила гравитации может показаться сильной, если вам на ногу падает шар для боулинга, но на деле это самое слабое из фундаментальных взаимодействий. Сравните ее с электромагнетизмом: притяжения всей гравитации Земли не помешает вам прилепить магнитик на холодильник. Эта слабость невероятно усложняет измерение гравитации. 

Группа ученых из Китая сообщает, что им удалось выполнить наиболее точное измерение силы гравитации — ньютоновской или универсальной гравитационной постоянной G. G описывает гравитационное притяжение между двумя объектами по их массам и расстоянию между ними. Численно она равна модулю силы тяготения, действующей на точечное тело единичной массы со стороны другого такого же тела, находящегося от него на единичном расстоянии. Новое измерение будет важным как для точнейших атомных часов, так и для изучения Вселенной, Земли и других наук, которые так или иначе завязаны на гравитации.

Величины, измеренные командой, «имеют минимальные неопределенности на текущий момент», говорится в работе, опубликованной в Nature.

Самое точное измерение гравитационной постоянной

Учитывая небольшую величину G, определить точное ее значение невероятно трудно, и согласованная Международным комитетом по данным для науки и техники (CODATA) величина намного менее точная, чем значения других численных величин, которые используют ученые. Сегодня ученые используют величину 0,0000000000667408. Но вычисление G в таком диапазоне будет сродни рисованию жирной кистью, в то время как константы в других экспериментах «рисуются» с помощью более тонких кистей.

В новом исследовании ученые осуществили два независимых расчета G, используя пару маятников в вакууме, по одному на каждое испытание. Каждый маятник раскачивается между парой массивных объектов, положения которых можно отрегулировать.

Маятники измеряют силу гравитации двумя путями. Во-первых, они измеряют разницу между тем, насколько быстро маятник раскачивается в «ближнем», или параллельном положении, по сравнению с «дальним» или горизонтальным положением. Также они измеряют, как меняется раскачивание маятника в зависимости от притяжения тестовых масс.

Очевидно, подобные эксперименты требуют сверхчувствительных детекторов и тщательно контролируемых установок для точного определения G. Кроме того, лаборатория находится в специальной комнате в пещере, что позволяет учитывать возможные последствия изменения температуры.

Ученым удалось сделать два измерения для методов, учитывающих время раскачивания и углового ускорения, соответственно, и они составили 6,674184 и 6,674484 сотни миллиардной доли (10-11). Измерения были точными, но по неизвестным причинам все равно разошлись между собой. Возможно, дело в струне, используемой для маятника.