劉志偉

北京時(shí)間8月30日凌晨，《自然》雜志刊發(fā)了中國(guó)科學(xué)院院士羅俊團(tuán)隊(duì)最新測(cè)G結(jié)果，該團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)30年艱辛測(cè)出了截至目前國(guó)際上最高精度的G值。

牛頓萬(wàn)有引力定律指出了使蘋(píng)果落地的力和維系行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的力本質(zhì)一致，而這種力在我們生活中無(wú)處不在，小到看不見(jiàn)的基本粒子，大到宇宙天體，這就是萬(wàn)有引力。要計(jì)算物體間的萬(wàn)有引力，則需知道引力常數(shù)G的大小，但令人遺憾的是，截至目前，我們并不知道G的精確值是多少。對(duì)萬(wàn)有引力常數(shù)G的精確測(cè)量不僅具有計(jì)量學(xué)上的意義，其對(duì)于檢驗(yàn)牛頓萬(wàn)有引力定律及深入研究引力相互作用規(guī)律都具有重要意義。

羅俊團(tuán)隊(duì)從上世紀(jì)80年代就已開(kāi)始采用扭秤技術(shù)精確測(cè)量萬(wàn)有引力常數(shù)G，歷經(jīng)10多年的努力于1999年得到了第一個(gè)G值，被隨后歷屆的國(guó)際科學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)委員會(huì)（CODATA）錄用?？茖W(xué)探索的腳步?jīng)]有就此止步，該團(tuán)隊(duì)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了一系列優(yōu)化以及對(duì)各項(xiàng)誤差進(jìn)行更深入的研究，并于2009年發(fā)表了新的結(jié)果，相對(duì)精度達(dá)到26ppm。該結(jié)果是當(dāng)時(shí)采用扭秤周期法得到的最高精度的G值，也被隨后的歷屆CODATA所收錄命名為HUST-09。如今，羅俊團(tuán)隊(duì)再次一鳴驚人，采用兩種不同方法測(cè)G，給出了目前國(guó)際上最高精度的G值，相對(duì)不確定度優(yōu)于12ppm，實(shí)現(xiàn)了對(duì)國(guó)際頂尖水平的趕超。

據(jù)專(zhuān)家介紹，G值的測(cè)量原理早已十分明確，但測(cè)量過(guò)程卻異常繁瑣、復(fù)雜。在一種測(cè)量方法中，往往包含近百項(xiàng)的誤差需要評(píng)估。本次實(shí)驗(yàn)中，為了增加測(cè)量結(jié)果的可靠性，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)同時(shí)使用了兩種獨(dú)立的方法，分別是扭秤周期法和扭秤角加速度反饋法。這兩種實(shí)驗(yàn)方法雖已不再新奇，但與兩種方法相關(guān)的裝置設(shè)計(jì)及諸多技術(shù)細(xì)節(jié)均需團(tuán)隊(duì)成員自己摸索、自主研制完成。在此過(guò)程中一批高精尖的儀器設(shè)備被研發(fā)出來(lái)，其中很多儀器已在地球重力場(chǎng)的測(cè)量、地質(zhì)勘探等方面發(fā)揮重要作用。如團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的精密扭秤技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在衛(wèi)星微推進(jìn)器的微推力標(biāo)定、空間慣性傳感器的地面標(biāo)定等方面，這些儀器將為精密重力測(cè)量國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施以及空間引力波探測(cè)——“天琴計(jì)劃”的順利實(shí)施奠定良好的基礎(chǔ)。

論文的通訊作者之一、團(tuán)隊(duì)核心成員、華中科技大學(xué)引力中心楊山清教授感慨：“從上世紀(jì)80年代羅俊院士開(kāi)始進(jìn)行萬(wàn)有引力常數(shù)G的精確測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究至今，他已將其看作是畢生的事業(yè)，幾十年如一日地在華中科技大學(xué)山洞實(shí)驗(yàn)室工作。羅院士不僅給我們提供了方向的指引，同時(shí)以身作則，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的每個(gè)重要階段他都主動(dòng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員一起分析、討論并指導(dǎo)大家做實(shí)驗(yàn)。一批兼具理論與實(shí)踐能力的優(yōu)秀人才在此過(guò)程中得以成長(zhǎng)?！?/p>