Учените нямат и досега достатъчна сигурност в прецизното измерване на фундаменталната константа, която управлява силата на гравитацията.

Използвайки двойка вибриращи метални греди с дължина метър, учените са направили ново измерване на „Голямото G“ (за разлика от малкото g, което е стойността на земното ускорение), известно също като гравитационната константа на Нютон, съобщават изследователи в Nature Physics. Техниката може да помогне на физиците да се справят по-добре с измерването на константата.

Формулата на Нютон за гравитацията е

където F е гравитационната сила, действаща между два обекта, m1 и m2 са масите на обектите, r е разстоянието между центровете на техните маси и G е гравитационната константа.

Известно е, че G е трудно да се определи. Предишни оценки на константата не се съгласуват една с друга, оставяйки учените в неяснота относно истинската й стойност. Това е най-малко известната от основните константи, които обикновено участват в уравнения, което ги прави основна цел за прецизните измервания.

Тъй като тестът с вибрираща греда е нов тип експеримент, „може да помогне да разберем какво наистина се случва“, коментира инженерът и физик Юрг Дуал (Jürg Dual) от швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих ETH Zurich.

_{Илюстрация на принципа на измерване. Кредит: T. Brack et al. doi: 10.1038/s41567-022-01642-8.}

Изследователите многократно огъват една от гредите, карайки я да вибрира с 42 Hz. Тази вибрация с голяма амплитуда на предаващата греда предизвиква променливо гравитационно привличане на другата резонираща греда и на високочувствителния детектор с амплитуди до 10^-11 м. С помощта на лазери е осигурено измерване с подпикометрова (1 пикометър е равен на 10⁻¹² м) разделителна способност.  Това става възможно благодарение на уредба, която съчетава акустична, механична и електрическа изолация и температурно стабилна среда, обясняват авторите в описанието на експеримента.

За да помогнат за поддържането на стабилна температура и да избегнат външни вибрации, които биха могли да попречат на експеримента, изследователите извършват експеримента си на 80 метра под земята, в нещо, което някога е било военна крепост в швейцарските Алпи.

Взаимодействието е количествено моделирано въз основа на закона за гравитацията на Нютон. Измерванията на амплитудата при различни разстояния между гредите следват обратния квадратен закон и съвпадат с теоретичните прогнози в рамките на около 3%.

G според новото измерване е приблизително 6,82 x 10 ^-11 метра кубически на килограм на секунда на квадрат. Но оценката има несигурност от около 1,6 процента, което е голямо в сравнение с други измервания Така че числото все още не е достатъчно точно, за да повлияе на дебата относно стойността на  G. Но сега екипът планира да подобри своето измерване, например чрез добавяне на модифицирана версия на теста с въртящи се ленти. 

Справка: T. Brack et al. Dynamic measurement of gravitational coupling between resonating beams in the hertz regime. Nature Physics. Published online July 11, 2022. doi: 10.1038/s41567-022-01642-8.

Източник: Wiggling metal beams offer a new way to test gravity’s strength, Science News

Още по темата

22/11/2021

Математика

Нова теория за системи, които се противопоставят на третия закон на Нютон (видео)

10/02/2020

Космос

Вселена, в която не важат законите на Нютон, е изненадващо близко до реалността

07/11/2018

Земята

За първи път физици измерват масата на Земята, използвайки неутрино

07/08/2015

Физика

Гравитацията се проявява по един и същ начин навсякъде и по всяко време (видео)