Физики определили новое значение гравитационной постоянной после 10 лет исследований
Стефан Шламмингер из Национального института стандартов и технологий США (NIST) в течение десяти лет работал над измерением универсальной гравитационной постоянной, обозначаемой буквой G, которая отвечает за силу притяжения во Вселенной. Результат его работы был запечатан в конверте, и учёный долго не решался его открыть. Об этом сообщает RuSamara.
Гравитация, будучи самой привычной силой в нашей жизни, удерживает людей на Земле и формирует галактики. Однако её измерение остается менее точным по сравнению с другими основными силами природы, такими как электромагнетизм и ядерные взаимодействия. Это связано с тем, что гравитация очень слаба: даже маленький магнит может поднять скрепку, преодолевая притяжение Земли. В лабораторных условиях учёные измеряют притяжение между объектами, которые значительно легче Земли, что приводит к очень малым значениям силы.
Хотя современные приборы обладают высокой чувствительностью, результаты измерений G по-прежнему варьируются на одну десятитысячную, что превышает допустимую погрешность. Шламмингер и его команда решили воспроизвести эксперимент, проведённый Международным бюро мер и весов (BIPM) в Севре, Франция, в 2007 году. Чтобы избежать влияния собственных ожиданий на результаты, учёный попросил коллегу Патрика Эбботта ослепить данные, вычитая секретное число из измеренных значений.
Шламмингер почти открыл конверт в 2022 году, но осознал, что команда не учла влияние атмосферного давления, и отложил этот момент. Два года спустя, 11 июля 2024 года, он должен был представить результаты на конференции в Авроре, штат Колорадо. Учёный был так взволнован, что пропустил утренние заседания, обдумывая возможные искажения данных. Наконец, он раскрыл число и почувствовал облегчение: поправка оказалась большой и отрицательной, как он и предполагал. Однако вскоре стало ясно, что она была слишком велика — после корректировки данные NIST не совпали с французскими.
Два года анализа завершились публикацией в журнале Metrologia, где значение G составило 6,67387 × 10-11 м3/кг/с2, что на 0,0235% ниже, чем у французских коллег. Хотя такая разница не заметна в повседневной жизни, для физики она значима, поскольку другие константы известны с точностью до шести и более значащих цифр, а G остается неуловимо неточной. История знает случаи, когда небольшие расхождения приводили к важным открытиям в физике. Это не означает, что загадка G указывает на новую физику, скорее всего, причина в экспериментальной ошибке, но разрыв между результатами продолжает вызывать интерес.
Обе команды использовали крутильные весы для измерения ничтожных сил, возникающих при закручивании тонкой нити. Этот метод восходит к эксперименту Генри Кавендиша 1798 года, который измерял притяжение свинцовых шаров к более тяжелым массам. В современных установках используются восемь цилиндрических грузов, которые вращаются на карусели, и их притяжение вычисляется по закручиванию подвеса. Команда Шламмингера также проверила влияние материала грузов, и результаты с медью и сапфиром оказались практически одинаковыми.
Шламмингер отметил, что каждое измерение имеет значение, так как важно стремиться к истине. Он выразил готовность передать эту задачу молодым учёным, подчеркивая необходимость продолжать исследования. Большая G не следует путать с малой g — ускорением свободного падения, которое меняется в зависимости от местоположения. Большая G считается универсальной и постоянной во всей Вселенной, связывая массы, расстояния и силу притяжения. Спустя более двух столетий после начала точных измерений эта, казалось бы, простая константа остается одной из самых сложных загадок физики.
