Физики за десять лет пытались измерить гравитационную постоянную — и вновь не пришли к единому значению «большой G».

Новый результат измерения гравитационной постоянной от NIST

*Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) в США завершили десятилетний эксперимент по измерению гравитационной постоянной G. Полученное значение отличается как от предыдущего французского результата, так и от международного справочного значения, но при этом выявлено ранее неучтённое явление, которое может объяснить расхождения между разными измерениями.*

Что такое «большая G»?

Гравитационная постоянная G описывает силу притяжения между двумя массами. Это одна из фундаментальных констант физики, но её точное значение остаётся предметом дискуссий уже более 200 лет. Гравитация – самое слабое из четырёх фундаментальных взаимодействий, поэтому измерить её с высокой точностью в лаборатории крайне сложно.

На сегодняшний день существует 16 экспериментальных значений G, полученных разными группами учёных. Как отметил физик NIST Стефан Шламмингер (Stephan Schlamminger) издания *Refractor*, «данные сильно разбросаны, а погрешность составляет около 10⁻⁶ долей».

Почему был выбран французский эксперимент?

Вместо проведения нового измерения команда Шламмингера решила воспроизвести опыт 2014 года, проведённый в Международном бюро мер и весов (BIPM) во Франции. Этот эксперимент дал одно из самых отклоняющихся значений G, поэтому его повторение могло выявить скрытые систематические ошибки.

* Установка была перенесена через Атлантику в лабораторию NIST в Гейтерсберге, штат Мэриленд.
* Работа началась в 2016 году и продолжалась десять лет.

Результат

Полученное значение:

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

Это число на 0,0235 % ниже исходного французского результата. В контексте других фундаментальных констант, измеренных с точностью до десятков знаков после запятой, такое расхождение остаётся значительным.

Открывшийся источник ошибки

Главное открытие – эффект остаточного воздуха. При работе установки камера откачивается, создавая вакуум, но полностью удалить воздух невозможно. «Всегда остается небольшое количество воздуха – это так называемое остаточное давление», – объясняет Шламмингер. Это оставшееся газовое окружение оказывает слабую силу на систему, которую предыдущие эксперименты не учитывали.

Этот фактор может стать ключом к пониманию причин несогласованности результатов измерений G по всему миру.

Что дальше?

Шламмингер пока не готов применить это открытие ко всем другим экспериментам. «Нужно рассмотреть каждый опыт отдельно и понять, что именно в нём делалось», – говорит он. Новое значение несколько ниже рекомендованного CODATA (2018 г.), но точную причину расхождения ещё определить нельзя.

«Пока мы считаем, что это может быть связано с рядом эффектов, однако конкретно какие из них влияют на результаты, пока не выяснено», – подытожил учёный.