Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) завершили масштабный десятилетний эксперимент по уточнению гравитационной постоянной, известной как «большая G». Результаты исследования оказались далеки от консенсуса: полученное значение не совпало ни с предыдущими французскими замерами, ни с официальными международными справочными данными.
Гравитационная постоянная определяет силу притяжения между объектами, обладающими массой. Несмотря на фундаментальный статус этой величины, ученые не могут прийти к единому мнению о её точном значении на протяжении более чем 200 лет. Основная проблема заключается в том, что гравитация является самым слабым из четырех известных взаимодействий, из-за чего её фиксация в лабораторных условиях сопряжена с колоссальными трудностями. На текущий момент существует 16 различных экспериментальных значений, которые заметно разнятся между собой. По словам физика NIST Стефана Шламмингера, погрешность в этих данных составляет около 10 миллионных долей, что по меркам современной физики является значительным разбросом.
Десять лет попыток разобраться в ошибках
Вместо проведения принципиально нового эксперимента команда NIST приняла решение воспроизвести опыт 2014 года, выполненный в Международном бюро мер и весов (BIPM) во Франции. Уникальность подхода заключалась в том, что оригинальную установку BIPM физически перевезли через Атлантику в лабораторию NIST в Гейтерсберге (штат Мэриленд). Выбор пал именно на этот эксперимент, так как он демонстрировал одни из самых заметных отклонений от общепринятых значений.
Исследовательская работа, стартовавшая в 2016 году, продлилась ровно десять лет. В результате ученые определили гравитационную постоянную как 6,67387 ± 0,00038 × 10⁻¹¹ м³·кг⁻¹·с⁻². Это число оказалось на 0,0235% ниже, чем результат, полученный в ходе исходных французских испытаний. В мире фундаментальной физики, где большинство констант выверены с точностью до многих знаков после запятой, подобная разница остается существенной проблемой.
Влияние остаточного воздуха
Главным итогом десятилетних усилий стало обнаружение ранее не учитываемого фактора — эффекта остаточного воздуха. Даже при создании глубокого вакуума внутри рабочей камеры удалить все молекулы газа невозможно. Стефан Шламмингер отмечает, что даже минимальное остаточное давление создает микроскопическую силу воздействия на установку, которую в предыдущих исследованиях попросту игнорировали. Этот фактор может стать ключом к объяснению того, почему научное сообщество до сих пор не может прийти к единому значению «большой G».
Тем не менее, Шламмингер призывает не спешить с выводами и не применять эту теорию ко всем прошлым экспериментам автоматически. По его мнению, каждый случай требует детального анализа методологии. Полученное значение также оказалось ниже показателя, рекомендованного CODATA в 2018 году, однако окончательная причина столь стабильного расхождения в измерениях пока остается загадкой для научного мира.
