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我国学者在万有引力常数G的精确测量研究中取得重要进展

2018-09-13 09:18:38 物理学 万有引力常数

 


  图.实验装置示意图(左)和测量结果与国际上各小组测得G值对比图(右)。左图中的a为扭秤周期法,b为角加速度法。右图中黑色点为CODATA-2014收录的14个G值测量结果和CODATA-2014的推荐G值,下方两个蓝色点分别为该工作中扭秤周期法和角加速度法G值测量结果,不确定度均约11.6 ppm。

  在国家自然科学基金项目(项目编号:91536223、11722542、11325523、11605295)等资助下,中国科学院罗俊院士团队在万有引力常数G的精确测量研究中取得重要进展。他们采用两种完全独立的方法,测出截至目前引力常数G的最精确值。研究成果以“Measurements of the Gravitational Constant Using two Independent Methods”(采用两种独立方法精确测量万有引力常数)为题,于2018年8月30日在Nature(《自然》)上以长文形式发表,论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0431-5。杨山清教授、邵成刚教授、罗俊教授为论文的共同通讯作者,华中科技大学物理学院博士后黎卿、博士生刘建平、邬俊飞及中山大学天琴中心副研究员薛超为论文共同第一作者。

  万有引力常数G用来描述物体间引力相互作用的强度,是人类认识的第一个基本常数,但是G值的测量精度是目前所有基本常数中最差的,以往国际上不同实验小组的G值测量的相对精度虽然接近10-5,相互之间的吻合程度仅达到10-4的水平,因为精度问题很多与之相关的基础科学难题至今无法解决。此次罗俊团队采用扭秤周期法和扭秤角加速度反馈法两种不同方法测G,精度均达到国际最好水平,吻合程度接近10-5的水平,这将为提升我国在基础物理学领域的话语权、为学界确定高精度引力常数G的推荐值做出实质性贡献。

  美国国家标准与技术研究所(NIST)S. Schlamminger教授在Nature期刊“News and Views”栏目撰文“Gravity measured with record precision”,他认为“这是精密测量物理追求卓越工艺的典范”。另外,美国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:“G值的测量并非一劳永逸,它需要有科学家持续为它‘保鲜’,但是对它的测量又极其艰辛,而罗俊团队通过30年的努力,贡献了目前世界上最为精确的G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!”

  除此之外,该团队在研究过程中研发了一批高精端的仪器设备,且其中一些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。如该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,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的顺利实施奠定良好基础。

 

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