Исследователи МГУ имени М.В. Ломоносова и специалисты из Китая достигли точности в измерении гравитационной постоянной G, применив две независимые методики. Выводы значимой работы стали достоянием научной общественности.
Гравитационная постоянная. Фундаментальная загадка
Константа G занимает ключевое место в физике, определяя силу гравитационного притяжения между телами. Закон всемирного тяготения Ньютона гласит: сила взаимодействия пропорциональна массам и обратно пропорциональна квадрату дистанции. Точность измерений массы и расстояния сейчас очень велика, однако погрешности в определении G вносили существенную ошибку во все расчеты гравитационных сил.
Проблема точности. Атомы или планеты
Исследуя движение небесных тел, ученые мирились с небольшой погрешностью из-за гигантских масс. Но для крошечных частиц или атомов неточность G искажала результаты кардинально. Систематические ошибки, мешающие фундаментальным изысканиям, могли скрываться именно здесь. Работа международного коллектива, включая специалистов ГАИШ МГУ, нацелилась на уточнение G двумя автономными подходами с использованием крутильных маятников.
Абсолютные замеры массы, длины и времени, критичные для вычисления G, всегда уязвимы перед систематическими сбоями. Именно поэтому совпадение независимых итогов двух методик дарит уверенность в их достоверности. Наши результаты были достигнуты на уровне удивительного согласия.
Метод первый. Частота в движении
Первая стратегия. Динамический метод (ToS). Ученые отслеживали изменение частоты крутильных колебаний маятника, вызванное перемещением двух пробных тел известной массы. Сближение грузов, как предсказывает теория тяготения, усиливало их взаимодействие, что отражалось ростом частоты колебаний нити подвеса.
Эксперты минимизировали ошибку от упругости самой нити. С этой целью задействовали две установки в 150 метрах друг от друга. Одна тестировала три типа волокон подвеса для контроля ошибок материала. Вторая радикально модернизировалась: новое силикатное волокно, уникальные грузы, иная схема маятников — для оценки монтажных погрешностей.
Метод второй. Компенсируем ускорения
Вторая стратегия. Метод компенсации угловых ускорений (AAF). Тут измерению подлежало не колебание, а угловое ускорение маятника, вызываемое тестами массами. Для беспрецедентной точности экспериментаторы изменили конструкцию: алюминиевую платформу заменили стеклянной, исключив тепловое расширение. Идеальные по форме и составу сферы из нержавейки выступили пробными массами.
Роль человеческого фактора минимизировали путем дублирования замеров параметров разными участниками команды. Тщательно проанализировано влияние колебаний температуры и вибраций на расстояния между массами.
Точность и согласие. Главный итог
Результаты опытов впечатляют! Значения G, выведенные разными методами (AAF: 6.674484(78)x10-11 m3 kg-1 s-2; ToS: 6.674184(78)x10-11 m3 kg-1 s-2), удивительно совпали. Важно: они обладают минимальной на сегодня неопределенностью и синхронны с данными комитета CODATA (2014). Это значительный шаг в определении важнейшей физической постоянной, показавший потенциал для новых свершений.
Источник: scientificrussia.ru
