《自然》:中国科学家测得最精确牛顿引力常数值-资讯-知识分子

《自然》:中国科学家测得最精确牛顿引力常数值

2018/08/30
导读
助力探索引力规律,开启测地观天新阶段

「罗俊团队通过30年的努力,贡献了目前世界上最为精确的万有引力常数值。中国应该为拥有这样一个能够持之以恒并永远保有热情的团队而骄傲!」

撰文 | 王潇潇 高翔

编辑 | 金庄维


2018年8月30日,《自然》杂志刊发了罗俊团队测量牛顿引力常数(G)的最新结果。该团队历经30年艰辛测出了截至目前最精确的牛顿引力常数值。


牛顿引力常数源自牛顿万有引力定律。这个著名的定律指出,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,小到看不见的基本粒子,大到宇宙天体,万有引力无处不在。要计算物体间的万有引力,则需知道牛顿引力常数的大小。


但令人遗憾的是,截止目前,我们并不知道牛顿引力常数的精确值是多少。因为精度问题,很多相关的基础科学难题至今无法解决。因此,牛顿引力常数的精确测量不仅具有计量学上的意义,也对检验牛顿万有引力定律及深入研究引力相互作用规律具有重要意义。


此次罗俊团队采用两种不同方法测得牛顿引力常数,数值分别为 6.674184 × 10-11 m3/kg·s和 6.674484 × 10-11 m3/kg·s2,精度均达到国际最好水平,吻合程度接近 10-5 的水平。


罗俊团队从上世纪八十年代就已开始采用扭秤技术精确测量牛顿引力常数,历经十多年的努力,于1999年得到了第一个牛顿引力常数值,并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,并对各项误差进行更深入的研究。他们于2009年发表了新的结果,该结果是当时采用扭秤周期法得到的最高精度的牛顿引力常数人值。


如今,又经过一个十年的沉淀,罗俊团队再次一鸣惊人,采用两种不同方法,测得了目前国际上最高精度的牛顿引力常数值,实现了对国际顶尖水平的赶超。


(图片来自论文)


在学界,牛顿引力常数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,一批高精端的仪器设备被研发,且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。如团队发展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。


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道:从上世纪80年代,罗老师开始进行万有引力常数的精确测量实验。研究至今,他已将其看作是毕生的事业,几十年如一日的在山洞实验室工作。罗老师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。万有引力常数的精确测量是一项艰苦而又繁琐的工作,一个结果的得出往往需要几十年时间的摸索。每当大家想要放弃时,罗老师总是能及时给予鼓励。正是因为这样,团队成员心里也一直憋着一股拼劲儿,誓将这个实验攻下!


万有引力常数值的测量并非一劳永逸,它需要有科学家持续为它‘保鲜’,但是对它的测量又及其艰辛。罗俊团队通过30年的努力,贡献了目前世界上最为精确的万有引力常数值。中国应该为拥有这样一个能够持之以恒并永远保有热情的团队而骄傲!”美国国家标准与技术研究所联合的研究所JILA实验室前主席、美国总统科技奖获得者James E. Faller教授对此次罗俊团队取得的成绩这样评价道。



文章头图及封图片来源:livescience.com


赛先生

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