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我科学家测出最精确万有引力常数

2018-08-30 09:52 来源:科技日报

  北京时间8月30日凌晨,《自然》杂志刊发了中国科学院院士罗俊团队最新测G结果,该团队历经30年艰辛测出了截至目前国际上最高精度的G值。

  牛顿万有引力定律指出了使苹果落地的力和维系行星沿椭圆轨道运动的力本质一致,而这种力在我们生活中无处不在,小到看不见的基本粒子,大到宇宙天体,这就是万有引力。要计算物体间的万有引力,则需知道引力常数G的大小,但令人遗憾的是,截至目前,我们并不知道G的精确值是多少。对万有引力常数G的精确测量不仅具有计量学上的意义,其对于检验牛顿万有引力定律及深入研究引力相互作用规律都具有重要意义。

  罗俊团队从上世纪80年代就已开始采用扭秤技术精确测量万有引力常数G,历经10多年的努力于1999年得到了第一个G值,被随后历届的国际科学技术数据委员会(CODATA)录用。科学探索的脚步没有就此止步,该团队对实验方案进行了一系列优化以及对各项误差进行更深入的研究,并于2009年发表了新的结果,相对精度达到26ppm。该结果是当时采用扭秤周期法得到的最高精度的G值,也被随后的历届CODATA所收录命名为HUST-09。如今,罗俊团队再次一鸣惊人,采用两种不同方法测G,给出了目前国际上最高精度的G值,相对不确定度优于12ppm,实现了对国际顶尖水平的赶超。

  据专家介绍,G值的测量原理早已十分明确,但测量过程却异常繁琐、复杂。在一种测量方法中,往往包含近百项的误差需要评估。本次实验中,为了增加测量结果的可靠性,实验团队同时使用了两种独立的方法,分别是扭秤周期法和扭秤角加速度反馈法。这两种实验方法虽已不再新奇,但与两种方法相关的装置设计及诸多技术细节均需团队成员自己摸索、自主研制完成。在此过程中一批高精尖的仪器设备被研发出来,其中很多仪器已在地球重力场的测量、地质勘探等方面发挥重要作用。如团队开发的精密扭秤技术已经成功应用在卫星微推进器的微推力标定、空间惯性传感器的地面标定等方面,这些仪器将为精密重力测量国家重大科技基础设施以及空间引力波探测——“天琴计划”的顺利实施奠定良好的基础。

  论文的通讯作者之一、团队核心成员、华中科技大学引力中心杨山清教授感慨:“从上世纪80年代罗俊院士开始进行万有引力常数G的精确测量实验研究至今,他已将其看作是毕生的事业,几十年如一日地在华中科技大学山洞实验室工作。罗院士不仅给我们提供了方向的指引,同时以身作则,对实验过程中的每个重要阶段他都主动带领团队成员一起分析、讨论并指导大家做实验。一批兼具理论与实践能力的优秀人才在此过程中得以成长。”

编辑: 罗予岐

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