Fizycy przez dziesięć lat próbowali zmierzyć stałą grawitacji — i znowu nie doszli do jednolitej wartości „dużej G”.

Nowy wynik pomiaru stałej grawitacji od NIST

*Fizykowie z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) w USA zakończyli dziesięcioletni eksperyment pomiaru stałej grawitacji G. Otrzymana wartość różni się zarówno od poprzedniego francuskiego wyniku, jak i od międzynarodowej wartości odniesienia, ale jednocześnie ujawniono wcześniej niezauważone zjawisko, które może wyjaśnić rozbieżności między różnymi pomiarami.*

Co to jest „duża G”?
Stała grawitacji G opisuje siłę przyciągania między dwiema masami. Jest jedną z fundamentalnych stałych fizyki, ale jej dokładna wartość pozostaje przedmiotem dyskusji od ponad 200 lat. Grawitacja jest najsłabszą ze czterech fundamentalnych oddziaływań, dlatego jej pomiar z wysoką precyzją w laboratorium jest niezwykle trudny.

Na dzień dzisiejszy istnieje 16 eksperymentalnych wartości G uzyskanych przez różne grupy naukowców. Jak zauważył fizyk NIST Stefan Schlamminger (Stephan Schlamminger) z publikacji *Refractor*, „dane są silnie rozproszone, a błąd wynosi około 10⁻⁶ części”.

Dlaczego wybrano francuski eksperyment?
Zamiast przeprowadzać nowy pomiar, zespół Schlammingera postanowił odtworzyć doświadczenie z 2014 roku przeprowadzone w Międzynarodowym Biurze Miar i Wagi (BIPM) we Francji. Ten eksperyment dał jedną z najbardziej odchylających się wartości G, dlatego jego powtórka mogła ujawnić ukryte błędy systematyczne.

* Instalacja została przeniesiona przez Atlantyk do laboratorium NIST w Gaithersburg, Maryland.

* Praca rozpoczęła się w 2016 roku i trwała dziesięć lat.

Wynik
Otrzymana wartość:

\[

G = (6.67387 \pm 0.00038) \times 10^{-11}\; \text{m}^3\,\text{kg}^{-1}\,\text{s}^{-2}

\]

Ta liczba jest o 0,0235 % niższa od pierwotnego francuskiego wyniku. W kontekście innych fundamentalnych stałych zmierzonych z precyzją do dziesiątek cyfr po przecinku, taka rozbieżność pozostaje znacząca.

Odkryty źródło błędu
Głównym odkryciem jest efekt pozostałego powietrza. Podczas pracy instalacji kamera jest poddawana próżni, tworząc próżnię, ale całkowite usunięcie powietrza jest niemożliwe. „Zawsze pozostaje niewielka ilość powietrza – to tak zwane ciśnienie pozostałe”, wyjaśnia Schlamminger. To pozostałe środowisko gazowe wywiera słabą siłę na system, którą wcześniejsze eksperymenty nie uwzględniały.

Ten czynnik może stać się kluczem do zrozumienia przyczyn niespójności wyników pomiarów G na całym świecie.

Co dalej?
Schlamminger jeszcze nie jest gotowy zastosować tego odkrycia do wszystkich innych eksperymentów. „Trzeba rozważyć każdy eksperyment osobno i zrozumieć, co dokładnie w nim było robione”, mówi on. Nowa wartość jest nieco niższa od zalecanej przez CODATA (2018), ale dokładną przyczynę rozbieżności jeszcze nie można ustalić.

„Na razie uważamy, że może to być związane z szeregiem efektów, jednak konkretne, które z nich wpływają na wyniki, nadal nie zostały wyjaśnione”, podsumował naukowiec.