華科測出世界最精確的重力常數值

2020-12-04 楚天都市報

楚天都市報8月30日訊(記者樂毅 通訊員 王瀟瀟 高翔)華中科技大學羅俊團隊測出目前最精確的重力常數G值。這一成果今日發表在國際權威科學雜誌《Nature》上。

初中物理課本就有重力常數G的介紹,要計算物體間的引力,則需知道常數G的大小。常數G的精確測量不僅具有計量學上的意義,其對於檢驗牛頓萬有引力定律及深入研究引力相互作用規律都具有重要意義。但遺憾的是截止目前,我們並不知道G的精確值是多少。

華中科技大學羅俊團隊從上世紀八十年代就已開始採用扭秤技術精確測量萬有引力常數G,歷經十多年的努力於1999年得到了第一個G值,被隨後歷屆的國際科學技術數據委員會(CODATA)錄用。科學探索的腳步沒有就此止步,該團隊對實驗方案進行了一系列優化以及對各項誤差進行更深入的研究,又歷時十年,於2009年發表了新的結果,相對精度達到26ppm。該結果是當時採用扭秤周期法得到的最高精度的G值,也被隨後的歷屆CODATA所收錄命名為HUST-09。如今,又經過一個十年的沉澱,羅俊團隊再次一鳴驚人,採用兩種不同方法測G,給出了目前國際上最高精度的G值,相對不確定度優於12ppm,實現了對國際頂尖水平的趕超。

本次實驗中,為了增加測量結果的可靠性,實驗團隊同時使用了兩種獨立的方法,分別是扭秤周期法和扭秤角加速度反饋法。這兩種實驗方法雖已不再新奇,但與兩種方法相關的裝置設計及諸多技術細節均需團隊成員自己摸索、自主研製完成。在此過程中一批高精端的儀器設備被研發,且其中很多儀器已在地球重力場的測量、地質勘探等方面發揮重要作用。如團隊發展的精密扭秤技術已經成功應用在衛星微推進器的微推力標定、空間慣性傳感器的地面標定等方面,這些儀器將為精密重力測量國家重大科技基礎設施以及空間引力波探測——「天琴計劃」的順利實施奠定良好的基礎。

「G值的測量並非一勞永逸,它需要有科學家持續為它『保鮮』,但是對它的測量又及其艱辛,而羅俊團隊通過30年的努力,貢獻了目前世界上最為精確的G值,中國應該為擁有這樣一個能夠持之以恆並永遠保有熱情的團隊而驕傲!」美國國家標準與技術研究所聯合的研究所JILA實驗室前主席、美國總統科技獎獲得者James E. Faller教授對此次羅俊團隊取得的成績這樣評價道。

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