Constanta gravitațională, măsurată din nou de către cercetători

Constanta gravitațională G determină puterea gravitației, forța care face ca merele să cadă și ține Pământul pe orbita sa în jurul soarelui. Face parte din legea gravitației universale a lui Isaac Newton, pe care a formulat-o pentru prima dată acum mai bine de 300 de ani. Constanta nu poate fi derivată matematic; ea trebuie determinată prin experiment.

De-a lungul secolelor, oamenii de știință au efectuat numeroase experimente pentru a determina valoarea lui G, dar comunitatea științifică nu este mulțumită de valoarea actuală. Aceasta este mai puțin precisă decât valorile tuturor celorlalte constante naturale fundamentale, de exemplu, viteza luminii în vid, notează Phys.org.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Unul dintre motivele pentru care gravitația este extrem de dificil de cuantificat este că aceasta este o forță foarte slabă și nu poate fi izolată: atunci când este măsurată gravitația dintre două corpuri, este măsurat și efectul tuturor celorlalte corpuri din lume.

„Singura opțiune pentru a rezolva această situație este să măsurăm constanta gravitațională cu cât mai multe metode diferite”, explică Jürg Dual, profesor la Departamentul de Inginerie Mecanică și s Proceselor la ETH Zurich, din Elveția.

El și colegii săi au efectuat un nou experiment pentru a măsura din nou constanta gravitațională și și-au prezentat munca în revista științifică Nature Physics.

Cum a fost măsurată din nou constanta gravitațională?

Pentru a exclude pe cât posibil sursele de interferență, echipa lui Dual și-a instalat echipamentele de măsurare în ceea ce a fost cetatea Furggels, situată lângă Pfäfers, deasupra Bad Ragaz, Elveția.

Configurația experimentală constă din două tije suspendate în camere cu vid. După ce cercetătorii au făcut ca una dintre tije să vibreze, cuplarea gravitațională a făcut ca și a doua să prezinte o mișcare minusculă (de ordinul picometrilor, adică o trilionime dintr-un metru).

Folosind dispozitive laser, echipa a măsurat mișcarea celor două tije, iar măsurarea acestui efect dinamic le-a permis să deducă magnitudinea constantei gravitaționale.

Valoarea la care au ajuns cercetătorii folosind această metodă este cu 2,2% mai mare decât valoarea oficială actuală dată de Comitetul pentru Date pentru Știință și Tehnologie.

Incertitudini

Cu toate acestea, Dual recunoaște că noua valoare este supusă unei mari incertitudini: „Pentru a obține o valoare de încredere, trebuie totuși să reducem această incertitudine. Suntem deja în proces de a face măsurători cu o configurație experimentală ușor modificată, astfel încât să putem determina constanta G cu o precizie și mai mare”.

Rezultatele inițiale sunt disponibile, dar nu au fost încă publicate. Totuși, Dual confirmă că „suntem pe drumul cel bun”.

Cercetătorii conduc experimentul de la distanță, din Zurich, ceea ce minimizează interferențele care ar putea fi cauzate de personalul prezent la fața locului. Echipa poate vizualiza măsurătorile în timp real oricând dorește.

O nouă metodă de a măsura constanta gravitațională

Pentru Dual, avantajul noii metode este că măsoară gravitația în mod dinamic prin intermediul tijelor în mișcare. „În măsurătorile dinamice, spre deosebire de cele statice, nu contează că este imposibil să izolezi efectul gravitațional al altor corpuri”, spune el. De aceea, speră că el și echipa sa pot folosi experimentul pentru a rezolva enigma gravitațională. Știința încă nu a înțeles pe deplin această forță naturală sau experimentele care se referă la ea.

De exemplu, o mai bună înțelegere a gravitației ne-ar permite să interpretăm mai bine semnalele undelor gravitaționale. Astfel de valuri au fost detectate pentru prima dată în 2015 la observatoarele LIGO din SUA. Ele au fost rezultatul a două găuri negre în orbită care se uniseră la o distanță de aproximativ 1,3 miliarde de ani lumină de Pământ.

De atunci, oamenii de știință au documentat zeci de astfel de evenimente; dacă ar putea fi urmărite în detaliu, acestea ar dezvălui noi perspective asupra universului și a istoriei sale.

O carieră dedicată studiului acestui fenomen

Dual a început să lucreze la metode de măsurare a constantei gravitaționale în 1991, dar la un moment dat și-a pus munca în așteptare. Cu toate acestea, observațiile undelor gravitaționale făcute de LIGO i-au dat un nou impuls, iar în 2018 și-a reluat cercetările.

În 2019, echipa de proiect a înființat laboratorul din cetatea Furggels și a început noi experimente. Pe lângă oamenii de știință din grupul lui Dual și un profesor de statistică, proiectul a implicat și personal de infrastructură, cum ar fi specialiști în camere cu atmosferă controlată, un inginer electrician și un mecanic.

„Acest experiment nu s-ar fi putut realiza fără ani de efort de echipă”, spune Dual.

Vă recomandăm să citiți și:

Cel mai periculos asteroid cunoscut de omenire în ultimii ani. Când va lovi Pământul?

Vești bune! Planetele Sistemului Solar nu vor ricoșa în toată galaxia în următorii 100.000 de ani

Sateliții au observat un nor bizar care a atras atenția oamenilor de știință. De ce este fenomenul special?

Cum putem ajuta NASA să găsească nori pe Marte? Cercetătorii speră să rezolve misterul atmosferei planetei