Hовая оценка величины гравитационной постоянной

graviimages.jpg

Сотрудники Национальной лаборатории Сандия и Колорадского университета в Боулдере (США) представили собственную оценку величины гравитационной постоянной G.

Обычно для измерения G используют крутильные весы, в простейшем случае представляющие собой вертикальную нить, на которой подвешен легкий рычаг. Воздействие тестовых масс на рычаг заставляет его поворачиваться в горизонтальной плоскости, и по углу поворота можно судить о том, какое значение имеет G. Опыт по этой методике провел в конце XVIII века Генри Кавендиш; самое точное современное измерение также было выполнено с помощью крутильных весов учеными из Вашингтонского университета в Сиэтле.

В 2000 году они определили, что гравитационная постоянная должна равняться (6,674 215 ± 0,000 092)•10-11 м3•с-2•кг-1, подробно описав эксперимент в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.


Схема опыта (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).

Авторы рассматриваемой работы отказались от крутильных весов и построили собственную схему с использованием лазерного интерферометра. Физики закрепили на одной опоре два маятника и следили за тем, как расстояние между их грузами будет изменяться относительно эталонного значения, измеряемого в точках подвеса. Масса навески маятников составила 780 г, а начальное расстояние между ними равнялось 34 см. Рядом находились четыре 120-килограммовых вольфрамовых цилиндра; при их перемещении из одного положения в другое гравитационная сила, действующая на каждый груз в горизонтальной плоскости, изменялась на 480 нН, что и приводило к изменению измеряемого расстояния. Маятники были помещены в вакуумную камеру, а под их грузами располагались магниты (на рисунке не показаны), которые подавляли качательное движение. Значение G в таком опыте определяется на основании того, что гравитационное воздействие тестовых масс уравновешивается возвращающей силой маятника.

В результате было установлено, что G = (6,672 34 ± 0,000 14)•10-11 м3•с-2•кг-1. Это значение очень сильно отличается от указанного выше; по словам физиков, они завершили эксперимент ещё в 2004 году, после чего многократно проверяли и перепроверяли данные, пытаясь отыскать источник возможной ошибки. Поиски ни к чему не привели.

Стоит заметить, что в прошлом году исследователи из Китая представили данные ещё одного оригинального опыта, в котором была рассчитана «промежуточная» величина G = (6,673 49 ± 0,000 18)•10-11 м3•с-2•кг-1.

Эти результаты, вероятно, заставят международную организацию CODATA (Committee on Data for Science and Technology, Комитет по данным для науки и техники) снизить рекомендованное значение гравитационной постоянной, которое сейчас находится на уровне (6,674 28 ± 0,000 67)•10-11 м3•с-2•кг-1. Новый набор значений физических констант будет утверждён в начале 2011 года.

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.