意大利研究人員第一次成功實施了直接測量重力曲率的實驗,這一成果標志著他們可能改進牛頓重力常數(shù)G。相關(guān)成果發(fā)布在近期《物理評論快報》雜志上。
很多年來,科學家已經(jīng)發(fā)明了很多種復雜的方法來測量重力,最新的方法是利用原子干涉法。這種方法通過原子的量子機械波動性質(zhì),使相關(guān)距離測量具有較高精度。直到現(xiàn)在,研究人員已經(jīng)能夠測量隨高度增加而變化的重力,在幾英尺的范圍內(nèi)都能測出重力漸變。
新的研究成果能測量由大質(zhì)量引起的引力變化,這種變化梯度被稱為重力曲率。據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道,為了直接測量梯度的變化,需要在三個不同高度進行測量。測量臨近兩個點的重力,產(chǎn)生兩個不同的結(jié)果,再分別除以兩個點之間的距離,得出不同的值,形成梯度。在三個點測量重力則能計算出變化率,即重力曲率。這個測量方法最初在2002年被提出,意大利研究人員的實驗正是基于這個假設進行的。
為了同時在三個位置測量重力,研究人員在一米長管內(nèi)的三個不同高度,創(chuàng)建了三個超冷原子羽流。管子的上半部分被鎢合金材料包裹,用來增加引力場的變化。用能引起羽流一分為二的激光脈沖來輻射原子,一部分原子吸收了光子,另一部分則仍處于基礎狀態(tài)。在測量時間段內(nèi),增加的動量讓第一部分原子下降了一段距離,引起了兩部分之間的量子波周期差異。然后,研究人員將增加兩波脈沖,讓這兩部分重新組合,并讓他們能夠相互干涉。正如預測的那樣,測量這種干涉作用,能計算出重力加速度和曲率的變化。
研究人員相信,用他們的方法能夠很好地改進對G常數(shù)的測量,這在地理和地圖繪制等工作中意義非凡。