您的当前位置:首 页 >> 科学探索 >> 其它

其它

山洞实验室里的“引力人”

来源:广州日报 日期:2018-09-03

 

中山大学天琴中心特聘副研究员薛超(左)、刘祺(右)。

 

  罗俊院士团队测得目前世界精度最高G值 精确到小数点后第四位

  从上世纪八十年代起,罗俊院士团队就开始了漫长的测G工作,并曾于1999年、2009年测量出两个G值,分别收录到国际科技数据委员会中。如今罗俊院士团队再次一鸣惊人,测出了目前国际上最高精度的G值。

  昨日,该论文的共同第一作者、中山大学天琴中心特聘副研究员薛超,及该团队主要成员之一、中山大学天琴中心特聘副研究员刘祺,在中山大学珠海校区接受记者采访,讲述了几代“引力人”背后的故事。

  8月30日,国际权威杂志《自然》刊发了中国科学院院士罗俊团队最新测G成果,该团队历经30年,测出截至目前世界上最为精确的G值。

  蛰伏三十年:山洞里出了几代“引力人”

  为了找到合适的抗干扰环境,上世纪八十年代,罗俊团队在华中科技大学校园内的一个防空洞中专门开挖了一个实验室,从事引力基础实验精密测量研究。

  防空洞能达到恒压恒湿的效果,“我们的实验室以山体为墙壁,即便到了夏季,武汉作为‘火炉’,洞外的日波动量达到了6℃~7℃,实验室内部的日波动量温度也只有0.01℃。”同时,山体本身的基岩又有很强的隔振作用,“即便是几百米外人车流动,基岩也能达到很好的隔振效果。”

  对于第一代的“引力人”来说,在当时的技术条件下,山洞里的研究生活无疑是艰苦卓绝的。刘祺说,“那个时候防空洞的条件还很差。因为没有除湿机,洞里非常潮湿,湿度达到了90%,长期处在这种不见天日的环境下,不仅容易掉头发、皮肤上也容易长白斑。”提起那时的实验环境,这名80后研究员仍旧唏嘘不已。

  如今的引力中心,被国际上的学者们称为“世界上最好的引力基地”之一,工作环境也早已得到了极大的改善。

  十年磨一剑:成为“精密测量的典范”

  在此次测量实验中,罗俊团队使用了两种独立的实验方法,即扭秤周期法和角加速度反馈方法确定了G值。研究人员得到的G值分别为6.674184×10-11和6.674484×10-11立方米/千克每秒平方,将G值的精确度提高到了小数点后的第四位。美国国家标准与技术研究院的一位教授同期在《自然》杂志上发表评论文章称:“这个实验是整个精确测量领域卓越工艺的典范。”

  而在实验过程中,最耗费心力的便是在此过程中研发出的一批高精端的仪器设备。据薛超透露,这批仪器的筹备和调试花费了很多精力。尤其是两套设备中共6颗无磁不锈钢球。“除了要求球体密度均匀,对于球表面凹凸不平的量也有着严格的要求,为了把5微米磨成1微米,甚至优于0.3微米,一颗球就需要耗费大半年的时间,且不能同时进行打磨。”

  尽管数值的差距在缩小,但G的真值仍是未知。未来,罗俊团队将继续采用多种方法,追求更精准的G值。

  牛顿引力常数G: 测量精度最差的物理学常数

  牛顿引力常数G是人类历史上引入的第一个基本物理学常数,其在引力、宇宙学、粒子物理学和天体物理学等多个领域中都有着关键作用,但这个常数却很难准确测量。两个世纪以来,人们共测量出200多个G值,但G的测量精度仅仅提高了不到三个数量级,几乎是每个世纪测量精度提高一位数,到目前为止,G值依然是所有基本物理学常数中测量精度最差的。

  为何测G工作如此之难?刘祺解释,引力相互作用是四种基本相互作用力中最微弱的一种,微弱的引力信号极容易被其他信号干扰,因此试验中必须通过巧妙的设计和精细的操作来克服电、磁、振动、温度等其他外部因素的干扰。另外,引力的不可屏蔽性也使得外部环境的引力场的变化造成干扰信息。

 

分享按钮