"Big G": Wissenschaftler festzunageln, schwer fassbaren Gravitationskonstante

Eine Naturkonstante, die die Größe der Gravitationskraft zwischen allen Objekten setzt hat schließlich mit der schrulligen Quantenverhalten von winzigen Atome festgenagelt.

Die neuen Ergebnisse könnte dazu beitragen, der offizielle Wert der Gravitationskonstante festgelegt und kann sogar helfen Wissenschaftler Hinweise auf zusätzliche Raum-Zeit-Dimensionen, sagte Studie Co-Autor Guglielmo Tino, ein Atomphysiker an der Universität von Florenz in Italien. [Verdreht Physik: 7 mind-blowing Ergebnisse]

Schwer fassbare Wert

Legende formuliert Sir Isaac Newton zuerst seine Theorie der Gravitation nachdem gerade einen fallenden Apfel. In Newtons Gleichungen der Schwerkraft wächst mit der Masse der beiden Objekte in Frage, und die Kraft wird schwächer, je weiter entfernt sind die Objekte voneinander unterscheiden. Englischer Universalgelehrter wusste, dass die Objekte Massen mit einer konstanten zu multiplizieren oder "big G", um zu kommen an die Gravitationskraft zwischen den beiden Objekten, aber er war nicht in der Lage, seinen Wert zu berechnen. ("Big G" unterscheidet sich von "kleinen g", die die lokale Fallbeschleunigung auf der Erde ist.)

Im Jahr 1798 berechnet Wissenschaftler Henry Cavendish um festzustellen, dass die Erde Masse des großen G. Dazu Cavendish mit Hanteln auf einem Draht aufgehängt enorme Blei Kugeln in unterschiedlichen Abständen in der Nähe platziert und dann gemessen, wie viel die Hanteln in Reaktion auf den attraktiven Zug der Schwerkraft aus dem benachbarten Hantel gedreht. [6 weird Facts über die Schwerkraft]

Seit damals hat fast jeder Versuch, big G messen einige Variationen von Cavendish Methode verwendet. Viele von diesen Experimenten haben ziemlich genaue Werte, die nicht miteinander vereinbaren. Das ist, weil es zu schwierig, alle möglichen Fehlerquellen in der komplizierten Systemen verwendet, zu identifizieren war, sagte Holger Müller, ein Atomphysiker an der University of California, Berkeley, der nicht in der neuen Studie beteiligt war.

"Die Gravitationskraft einfach super winzig, so dass alles von Luftströmungen zu elektrischen Ladungen kann Ihnen ein falsches Ergebnis", sagte Müller Live Science.

Infolgedessen sagte big G bekannt ist, mit viel weniger präzise als andere Naturkonstanten wie die Geschwindigkeit des Lichtes oder der Masse eines Elektrons, Tino Leben Wissenschaft.

Cool bleiben

Die großen Systeme schien nicht zu funktionieren, also beschlossen, dass die Forscher sehr kleine gehen.

Das Team gekühlt Rubidiumatomen auf knapp über der Temperatur des absoluten Nullpunkts (minus 459,67 Grad Fahrenheit oder minus 273,15 Grad Celsius), wo Atome kaum überhaupt nicht bewegen. Die Forscher dann lanciert die Atome nach oben im Inneren ein Vakuum-Röhre und fallen in einen atomaren Brunnen so genannten lassen.

Sie legte auch mehrere hundert Pfund von Wolfram in der Nähe.

Um zu sehen, wie die Wolfram Gravitationsfeld verzerrt, wandten sie sich an die Quantenmechanik, die bizarre Regeln subatomaren Teilchen. Bei kleinen Maßstäben Teilchen wie Atome können auch wie Wellen Verhalten – was bedeutet, sie können zwei verschiedene Wege zur gleichen Zeit nehmen. So teilen das Team die Wege, die die Rubidiumatomen nahm, als sie fiel, und dann eine Gerät namens ein atomarer Interferometer zum Messen wie die Wellenformen diese Pfade verschoben. Die Verlagerung in die Berge und Täler der Wege wenn sie rekombinierte ergab sich aus der Anziehungskraft der Wolfram-Massen.

Die neue Messung von G — 6.67191(99) X 10 ^-11 Meter gewürfelt / Kilogramm Sekunden ^ 2 — ist nicht so präzise wie die besten Maßnahmen, aber da es einzelne Atome verwendet, Wissenschaftler können mehr Selbstvertrauen, die Ergebnisse sind nicht verzerrt durch versteckte Fehler, die die komplizierter Setups letzten Experimente, vereitelt werden Tino sagte Live Science.

Die Leistung ist beeindruckend, sagte Müller.

"Ich dachte, dieses Experiment schließen würde unmöglich, weil der Einfluss dieser Massen [auf Anziehungskraft] nur sehr klein ist," sagte Müller Live Science. "Es ist wirklich ein großer Durchbruch."

Neuen Wert

Die neue Experiment wirft die Hoffnung, die zukünftige Messungen schließlich auf einen genaueren Wert für große G. absetzen können

Die Ergebnisse könnten auch helfen Wissenschaftler entdecken, wenn etwas bizarreren im Spiel ist. Einige Theorien besagen, dass extra-Dimensionen die Gravitationsfelder in unserer vierdimensionalen Welt verziehen könnte. Diese Verzerrungen wäre wahrscheinlich sehr subtil und wäre nur bei sehr kleinen Abständen bemerkbar. In der Tat sagte andere vorgeschlagen haben, daß die verschiedenen Ergebnisse, die anderen Labors bekommen haben durch diesen extradimensionale Einbruch verursacht wurden, Tino.

Durch methodische Fehler auszuschließen, die neue Technik ließe sich Anhaltspunkte für extra-Dimensionen, sagte er.

Der neue Wert von G erschien heute (18. Juni) in der Zeitschrift Nature.

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