Guglielmo Tino fra Università di Firenze i Italien har benyttet en smart teknik til at foretage en nøjagtig bestemmelse af en de dårligst bestemte naturkonstanter: Newtons gravitationskonstant.
I en artikel i Nature skriver Tino og hans fire medforfattere, at de har bestemt gravitationskonstanten til at være (6,67191 +/- 0,00099) x 10^-11 kubikmeter pr. kilogram pr. sekund kvadreret.
Tinos teknik består i at måle, hvordan et rubiumatom tiltrækkes af en en masse på 516 kg bestående af 24 cylindre af en wolframlegering (se boks for yderligere uddybning).
En sky af ca. en milliard rubidiumatomer afkøles til ca. 4 mikrokelvin og holdes på plads i en magnetooptisk fælde. Med en laser tilføres atomerne en bevægelsesmængde, der får dem til bevæge sig opad for siden at falde nedad under tyngdekraftens påvirkning.
Forskerne måler accelerationen atomerne er udsat for, henholdsvis når en masse på 516 kg er placeret oven over atomskyen og neden under atomskyen.
Det gøres med stor nøjagtighed ved at udnytte en kvanteeffekt, hvor atomerne befinder sig i en superposition af to tilstande. Et sådant system udgør et såkaldt atominterferometer.
Forskellen mellem de to accelerationer kan direkte omregnes til en værdi for gravitationskonstanten, når man kender massen med høj præcision og afstanden mellem masse og rubidiumatomer.
For yderligere at gardere sig mod indflydelsen af Solen og Månens tiltrækning benytter man i praksis to atominterferometre, der er placeret oven over hinanden, og to masser, der enten placeres mellem de to interferometre eller med den ene oven over det øvre interferometer og den anden under det nedre interferometer.
Traditionelt har man bestemt gravitationskonstanten G med på en mere simpel måde med en torsionsvægt. Henry Cavendish var den første til at bestemme G på denne måde i 1798.
Gennem årene har man forfinet denne målemetode og er derved kommet frem til G = 6,67384 +/- 0,00080 m^3 kg^-1 s^-2 – uden at de mange målinger gennem tiderne har konvergeret mod en bestemt værdi.
Selv med alle usikkerhedsfaktorer indregnet ligger Tonis måling under denne officielle værdi, og det bidrager til forvirringen om den sande værdi for gravitationskonstanten.
Samarbejde er vejen frem
En lang række andre målinger gennemført de seneste ca. tyve år adskiller sig også markant fra hinanden. Det fik en lang række eksperter til på et møde i London i februar at diskutere, hvordan man skulle komme til en bedre afklaring af værdien for G.
Konklusionen på mødet var, at man næppe kunne komme videre ved at forskellige grupper rundt omkring i verden arbejder videre uafhængigt af hinanden.
I stedet for at blive ved blot at lave yderligere målinger, konkluderede Terry Quinn, forhenværende direktør for Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) i Paris, at der var behov for at oprette en rådgivende international komite, så man kunne diskutere metoder og måleprincipper og fortolkningen af data.
Både ud fra et måleteknisk synspunkt og for gravitationskonstantens betydning inden for kosmologi, astrofysik og partikelfysik er det vigtigt, at den nuværende situation, som er er helt uhørt, når det gælder størrelsen af en fundamental naturkonstant, bliver afklaret.
Amerikanske National Institute of Standards and Technology (NIST) har på den baggrund indkaldt til en ny konference til oktober med henblik på oprette en sådan rådgivende komite, der bl.a. skal sørge for, at to eller flere laboratorier rundt omkring i verden laver en måling af G med fuldstændigt identisk apparatur.
Leave a Reply