Фізики протягом десяти років намагалися виміряти гравітаційну постійну — і знову не дійшли до єдиного значення «великої G».

Новий результат вимірювання гравітаційної сталої від NIST

*Фізики з Національного інституту стандартів і технологій (NIST) у США завершили десятилітній експеримент щодо вимірювання гравітаційної сталої G. Отримане значення відрізняється як від попереднього французького результату, так і від міжнародного справочника, але при цьому виявлено раніше неучтений феномен, який може пояснити розходження між різними вимірюваннями.*

Що таке «велика G»?
Гравітаційна стала G описує силу притягування між двома масами. Це одна з фундаментальних констант фізики, але її точне значення залишається предметом дискусій вже понад 200 років. Гравітація – найслабша із чотирьох фундаментальних взаємодій, тому виміряти її з високою точністю в лабораторії надзвичайно складно.

На сьогодні існує 16 експериментальних значень G, отриманих різними групами науковців. Як зауважив фізик NIST Степан Шламмінгер (Stephan Schlamminger) у виданні *Refractor*, «дані сильно розкидані, а похибка становить близько 10⁻⁶ долей».

Чому був обраний французький експеримент?
Замість проведення нового вимірювання команда Шламмінгера вирішила відтворити досвід 2014 року, проведений у Міжнародному бюро мір і ваг (BIPM) у Франції. Цей експеримент дав одне з найвищих значень G, тому його повторення могло виявити приховані систематичні помилки.

* Установка була перенесена через Атлантику до лабораторії NIST у Гейтсберзі, штат Меріленд.

* Робота розпочалася у 2016 році і триває десять років.

Результат
Отримане значення:

\[

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

\]

Це число на 0,0235 % нижче початкового французького результату. У контексті інших фундаментальних констант, виміряних з точністю до десятків знаків після коми, таке розходження залишається значним.

Виявлений джерело помилки
Головне відкриття – ефект залишкового повітря. Під час роботи установки камера відкачується, створюючи вакуум, але повністю видалити повітря неможливо. «Завжди залишається невелика кількість повітря – це так зване залишкове тиск», – пояснює Шламмінгер. Це залишене газове оточення викликає слабку силу на систему, яку попередні експерименти не враховували.

Цей фактор може стати ключем до розуміння причин несупровідності результатів вимірювань G по всьому світу.

Що далі?
Шламмінгер поки що не готовий застосувати це відкриття до усіх інших експериментів. «Потрібно розглянути кожен досвід окремо і зрозуміти, що саме в ньому робили», – каже він. Нове значення трохи нижче рекомендованого CODATA (2018 р.), але точну причину розходження ще визначити не можна.

«Поки ми вважаємо, що це може бути пов'язано з рядом ефектів, однак конкретно які з них впливають на результати, поки не встановлено», – підсумував учений.