Forța gravitației a fost măsurată cu o nouă precizie

Acum avem cele mai precise estimări pentru puterea gravitației de până acum.

Două experimente care măsoară mica atracție gravitațională dintre obiecte într-un laborator au măsurat constanta gravitațională a lui Newton, sau Big G, cu o incertitudine de numai aproximativ 0,00116%. Până acum, cea mai mică marjă de incertitudine pentru orice măsurătoare G a fost de 0,00137%.

Noul set de valori G, raportat în 30 august Naturănu este ultimul cuvânt despre G. Cele două valori nu sunt ușor de acord și nu explică de ce experimentele anterioare de măsurare a G au produs o răspândire atât de mare de estimări (SN Online: 30.04.15). Totuși, cercetătorii ar putea fi capabili să folosească noile valori, împreună cu alte estimări ale lui G, pentru a descoperi de ce măsurătorile pentru această constantă fundamentală cheie sunt atât de capricioase – și poate determina puterea gravitației o dată pentru totdeauna.

Valoarea exactă a lui G, care leagă masa și distanța cu forța gravitației în legea gravitației universale a lui Newton, a ocolit oamenilor de știință de secole. Acest lucru se datorează faptului că atracția gravitațională dintre o pereche de obiecte dintr-un experiment de laborator este extrem de mică și susceptibilă la influența gravitațională a altor obiecte din apropiere, lăsând adesea cercetătorilor cu o mare incertitudine cu privire la măsurătorile lor.

Valoarea actuală acceptată pentru G, pe baza măsurătorilor din ultimii 40 de ani, este 6,67408 × 10−11 metri cubi pe kilogram pe secundă pătrată. Această cifră este încărcată cu o incertitudine de 0,0047 la sută, ceea ce o face de mii de ori mai imprecisă decât alte constante fundamentale – valori universale neschimbate, cum ar fi sarcina unui electron sau viteza luminii (SN: 11/12/16, str. 24). Norul de incertitudine din jurul lui G limitează cât de bine pot determina cercetătorii masele obiectelor cerești și valorile altor constante care se bazează pe G (SN: 23/04/11, str. 28).


De la astronomie la zoologie

Abonați-vă la Știri Științe pentru a vă satisface apetitul omnivor pentru cunoașterea universală.

Abonati-va

Fizicianul Shan-Qing Yang de la Universitatea de Știință și Tehnologie Huazhong din Wuhan, China, și colegii săi au măsurat G folosind două instrumente numite pendule de torsiune. Fiecare dispozitiv conține o placă de silice acoperită cu metal, suspendată de un fir subțire și înconjurată de sfere de oțel. Atracția gravitațională dintre placă și sfere face ca placa să se rotească pe fir spre sfere.

Dar cele două pendul de torsiune aveau configurații ușor diferite pentru a se adapta la două moduri de măsurare a lui G. Cu un pendul de torsiune, cercetătorii au măsurat G prin monitorizarea răsucirii firului în timp ce placa se înclina spre sfere. Celălalt pendul de torsiune a fost montat astfel încât placa de metal să atârnă de o placă turnantă, care se învârtea pentru a preveni răsucirea firului. Cu acel pendul de torsiune, cercetătorii au măsurat G urmărind rotația plăcii turnante.

Pentru a-și face măsurătorile cât mai precise posibil, cercetătorii au corectat o listă lungă de mici perturbări, de la variații ușoare ale densității materialelor utilizate pentru realizarea pendulilor de torsiune până la vibrațiile seismice de la cutremurele de pe tot globul. „Este uimitor cât de multă muncă s-a lucrat în acest sens”, spune Stephan Schlamminger, fizician la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din Gaithersburg, Md., al cărui comentariu asupra studiului apare în același număr al Natură. Efectuarea unui astfel de set minuțios de experimente „este ca o piesă de artă”.

Aceste experimente cu pendul de torsiune au dat valori G de 6,674184 × 10−11 și 6,674484 × 10−11 metri cubi pe kilogram pe secundă pătrată, ambele cu o incertitudine de aproximativ 0,00116 la sută.

Această precizie record este „o realizare fantastică”, spune Clive Speake, un fizician la Universitatea din Birmingham din Anglia, care nu este implicat în lucrare, dar adevărata valoare a lui G „rămne încă un mister”. Repetarea acestor experimente și a altor experimente anterioare pentru a identifica surse de incertitudine necunoscute anterior sau proiectarea de noi tehnici de măsurare a G poate ajuta la dezvăluirea de ce estimările pentru această constantă fundamentală cheie continuă să fie în dezacord, spune el.