A fizikusok tíz év alatt próbálták megmérni a gravitációs állandót – és ismét nem jutottak el egyetlen „nagy G” értékhez.

Az új gravitációs állandó mérése a NIST-től

*Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Szabvány- és Technológiai Intézetének (NIST) fizikusai befejezték tíz éves kísérletüket a gravitációs állandó G mérésére. Az elért érték eltér a korábbi francia eredménytől, valamint az nemzetközi referenciaértéktől is, ugyanakkor felfedezték egy korábban figyelmen kívül hagyott jelenséget, amely magyarázhatja a különböző mérések közötti eltéréseket.*

Mi a „nagy G”?

A gravitációs állandó G leírja két tömeg közötti vonzóerőt. Ez az egyik alapvető fizikai állandó, de pontos értéke több mint 200 éve vitatott. A gravitáció a négy alapvető erő leggyengébb, ezért rendkívül nehéz nagy pontossággal mérni laboratóriumban.

Jelenleg 16 kísérleti érték G létezik, amelyeket különböző tudóscsoportok állapítottak meg. Ahogy a NIST fizikusai, Stephan Schlamminger, a *Refractor* magazinban is említette: „Az adatok erősen szóródnak, és a pontatlanság körülbelül 10⁻⁶ részből áll”.

Miért választották a francia kísérletet?

A Schlamminger csapata nem új mérés helyett úgy döntött, hogy reprodukálja a 2014-es kísérletet, amelyet az Európai Mérő- és Súlyhivatal (BIPM) Franciaországban végzett. Ez a kísérlet adta meg a legnagyobb eltérést a G értékében, ezért annak újraismétlése felfedhette volna a rejtett rendszeres hibákat.

* A berendezést áttelepítették az Atlanti-óceánon keresztül NIST laboratóriumba Georgetownban, Maryland államban.

* A munka 2016-ban kezdődött és tíz évig tartott.

Eredmény

Az elért érték:

\[

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

\]

Ez az érték 0,0235 %-kal alacsonyabb a francia eredményhez képest. Más alapvető állandókhoz viszonyítva, amelyeket tizedekjegyre pontosan mértek, ez az eltérés jelentős marad.

A felfedezett hibaforrás

Az elsődleges felfedezés a „maradéktér” hatása. A berendezés működésénél a kamerát szívják ki, hogy vakumot hozzanak létre, de teljesen nem lehet eltávolítani a levegőt. „Mindig marad egy kis mennyiségű levegő – ez az úgynevezett maradéktérnyomás”, magyarázza Schlamminger. Ez a fennmaradó gázkörnyezet enyhe erőt gyakorol a rendszerre, amelyet a korábbi kísérletek nem vettek figyelembe.

Ez a tényező kulcsfontosságú lehet a G mérések közötti koherencia hiányának megértésében világszerte.

Mi a következő lépés?

Schlamminger még nem készen áll arra, hogy ezt az eredményt minden más kísérletre alkalmazza. „Minden kísérletet külön kell vizsgálni és meg kell érteni, mi történt benne”, mondja. Az új érték kissé alacsonyabb a 2018-as CODATA ajánlott értékénél, de az eltérés pontos okát még nem lehet meghatározni.

„Jelenleg úgy gondoljuk, hogy több hatás is szerepet játszhat, de konkrétan melyik befolyásolja a méréseket, még nincs tisztázva”, zárta le a tudós.