中國科學(xué)家耗時30年 測出目前最精準(zhǔn)引力常數(shù)G

8月30日，《自然》雜志刊發(fā)了我國科學(xué)家羅俊與其團隊測量引力常數(shù)G的最新結(jié)果，該團隊采用兩種不同方法測量G值，精度均達(dá)到國際最好水平，吻合程度接近10的負(fù)5次方的水平，這一結(jié)果為確定高精度引力常數(shù)推薦值做出實質(zhì)性貢獻(xiàn)，將有利于提升我國在基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域的話語權(quán)，也為我國開展空間引力波探測計劃提供了更好的基礎(chǔ)支撐。

羅俊團隊核心成員、華中科技大學(xué)引力中心教授楊山清介紹，引力常數(shù)G是計算物體間萬有引力的關(guān)鍵，但是目前我們并不知道G的精確值是多少，這使得很多與之相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)難題至今無法解決。對G值的精確測量不僅具有計量學(xué)上的意義，而且對于檢驗牛頓萬有引力定律及深入研究引力相互作用規(guī)律都意義重大，對于現(xiàn)實中包括地震在內(nèi)的自然環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)資源勘測，以及導(dǎo)彈軌道設(shè)計、潛艇導(dǎo)航性能提升等國防軍工領(lǐng)域都有重要戰(zhàn)略意義。

楊山清稱，在學(xué)界，G值的測量原理早已十分明確，但測量過程卻異常繁瑣、復(fù)雜，一個結(jié)果的得出往往需要幾十年的摸索。在一種測量方法中，常包含近百項的誤差需要評估。以往G值測量的相對精度雖然接近10的負(fù)5次方，但相互之間的吻合程度僅達(dá)到10的負(fù)4次方的水平。因為精度問題，很多與之相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)難題至今無法解決。為了增加測量結(jié)果的可靠性，羅俊團隊在實驗中同時使用了扭秤周期法和扭秤角加速度反饋法兩種獨立的方法。這兩種實驗方法雖已不再新奇，但與兩種方法相關(guān)的裝置設(shè)計及諸多技術(shù)細(xì)節(jié)均需團隊成員自主研發(fā)完成。

值得關(guān)注的是，羅俊團隊在研究過程中研發(fā)出一批高精端的儀器設(shè)備，其中很多儀器已在地球重力場的測量、地質(zhì)勘探等方面發(fā)揮重要作用，比如團隊發(fā)展的精密扭秤技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在衛(wèi)星微推進器的微推力標(biāo)定等方面。這些儀器也為精密重力測量國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施以及空間引力波探測——“天琴計劃”的順利實施奠定良好的基礎(chǔ)。

“G值的測量并非一勞永逸，需要有科學(xué)家持續(xù)為它‘保鮮’，但是對它的測量又極其艱辛，羅俊團隊通過30年的努力，貢獻(xiàn)了目前世界上最精確的G值，中國應(yīng)該為擁有這樣一個能夠持之以恒并永遠(yuǎn)保有熱情的團隊而驕傲！”美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所聯(lián)合的研究所JILA實驗室前主席、美國總統(tǒng)科技獎獲得者詹姆斯⋅法拉教授如此評價此次羅俊團隊取得的成績。