Ученые приблизились к разгадке точного значения гравитационной постоянной

Гравитация остается самой слабой из четырех фундаментальных сил природы, из-за чего ее крайне сложно измерить с высокой точностью. Исследователи из Национального института стандартов и технологий США (NIST) провели масштабный эксперимент, который может помочь научному сообществу определить наиболее достоверное значение гравитационной постоянной, известной в физике как «Большая G».

Проблема измерения фундаментальной константы

Наука пытается точно определить гравитационную постоянную уже более 200 лет. Как отмечает физик NIST Стефан Шламмингер, «Большая G» характеризует силу притяжения между объектами, обладающими массой. Несмотря на то, что уточнение этого значения не изменит повседневную жизнь человека, оно критически важно для понимания природы гравитации и устройства Вселенной.

В настоящее время данные о значении G остаются противоречивыми. По словам экспертов, существует около 16 различных результатов измерений, которые значительно расходятся между собой. Основные сложности в исследовании связаны со следующими факторами:

• Гравитация значительно слабее электромагнитного, сильного и слабого ядерных взаимодействий.
• Погрешность имеющихся данных составляет около 10 частей на миллион.
• Внешние помехи и особенности измерительных приборов сильно влияют на итоговые цифры.

Уникальный эксперимент по воспроизведению данных

В попытке внести порядок в существующий хаос, команда NIST пошла на редкий шаг. Вместо разработки полностью нового метода, ученые решили в точности повторить эксперимент, проведенный в 2014 году в Международном бюро мер и весов (BIPM) во Франции. Для этого то самое оборудование, которое использовалось французскими коллегами, было транспортировано из Европы в лабораторию в Гейтерсберге, штат Мэриленд.

Выбор пал именно на этот эксперимент, так как в 2014 году он показал одно из самых отклоняющихся значений «Большой G». Повторное исследование должно было помочь выявить скрытые систематические ошибки, которые могли исказить результат в прошлый раз. Работа над проектом началась в 2016 году и заняла целое десятилетие.

Результаты и открытие неучтенного фактора

В ходе десятилетнего исследования ученые получили новое значение G: 6,67387 ± 0,00038 × 10⁻¹¹ м³ кг⁻¹ с⁻². Этот результат оказался на 0,0235% ниже, чем данные, полученные в ходе первоначального эксперимента во Франции. Такая разница считается весьма существенной для современной физики, где ценится предельная точность.

Важнейшим итогом работы стало обнаружение фактора, который ранее не учитывался. Для проведения подобных измерений необходимо создать в установке условия глубокого вакуума. Однако исследователи выяснили, что полностью откачать воздух из сосуда невозможно.

В обзоре отмечается, что остаточное давление воздуха в камере создает незначительную силу, воздействующую на измерительный аппарат. Эта малая величина ранее не описывалась в других исследованиях, и именно она может быть причиной того, что результаты измерения гравитационной постоянной по всему миру продолжают различаться.

Будущее физических измерений

Смотрите также:

Подсказки и ответы для игры Quordle №1568 от 11 мая http://kupidonchik.org/podskazki-i-otvetyi-dlya-igryi-quordle-1568-ot-11-maya/.

Интересности на тему: Уютная летняя кухня на участке: решения от IKEA для любого бюджета

Классные советы в статье "Motorola Razr Ultra 2026 против Samsung Galaxy S26 Ultra: два флагмана для разных пользователей" здесь.

Новое полученное значение несколько ниже рекомендованного значения CODATA 2018 года. В обзоре указывается, что пока рано делать окончательные выводы о причинах расхождений. По словам Шламмингера, специалистам необходимо детально изучить каждый проведенный ранее эксперимент, чтобы понять, как остаточное давление или другие эффекты могли повлиять на точность.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Metrologia, не только дают новое значение фундаментальной константы, но и позволяют ученым совершенствовать методы измерения сверхмалых сил и крутящих моментов, что важно для развития всей прецизионной физики.