Фізики розробили нову техніку вимірювання гравітаційної сталої (G). Перші експерименти показали досить високий ступінь невизначеності вимірювань, але вдосконалений метод допоможе уточнити значення гравітаційної сталої і перевірити один з фундаментальних законів природи.
Дослідники зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха запропонували новий спосіб вимірювання гравітаційної сталої. У своїй роботі, опублікованій в журналі Nature Physics, вони представили експеримент з вимірювання руху двох взаємодіючих об’єктів за допомогою лазера.
Експериментальна установка складається з двох паралельних балок, підвішених у вакуумних камерах. Щоб максимально виключити джерела перешкод, дослідники встановили вимірювальний прилад в колишній фортеці Фурггельс, розташованої у Швейцарських Альпах і використовувалася в якості бункера під час Другої світової війни.
Експериментальна установка. Зображення: Jurg Dual / IMES / ETH Zurich
Дослідники змусили одну з балок вібрувати з частотою 42 Гц. Під дією гравітаційних сил другий стрижень також почав коливатися в пікометровому діапазоні (пікометр — це одна трильйонна частка метра). Фізики використовували лазерні пристрої для вимірювання вібрацій кожної з балок. Оцінка цього динамічного ефекту дозволила зробити висновки про величину гравітаційної сталої.
Гравітаційна стала (стала Ньютона, G) — це фізична константа, яка визначає гравітаційні взаємодії. Закон всесвітнього тяжіння, що використовує цю сталу, був відкритий більше 300 років тому, але її значення неможливо розрахувати математично, а можна тільки виміряти.
Складність вимірювання сталої Ньютона в тому, що гравітація дуже слабка і її важко екранувати. Вимірюючи взаємодії між двома тілами, ви також вимірюєте вплив усіх інших тіл у світі, кажуть дослідники. Вони вважають, що єдиний спосіб вирішити цю ситуацію – визначити гравітаційну сталу, використовуючи якомога більше різних методів.
Дослідники кажуть, що перші попередні результати випробувань дають високу похибку вимірювань. Значення, яке дослідники визначили за допомогою своєї установки, на 2,2% вище офіційної цифри, затвердженої Комітетом з даних для науки і технологій (CODATA). Але вчені допрацьовують свій метод і впевнені, що він допоможе знайти більш точне значення G.
“Ця невизначеність все ще повинна бути значно зменшена для отримання надійного значення. Ми вже проводимо вимірювання з трохи модифікованою тестовою установкою, щоб можна було ще точніше визначити константу G. Перші результати доступні, але ще не опубліковані”, -говорить Юрг Дуал, професор кафедри машинобудування та технологічного проектування в ETH Zurich, співавтор роботи.