การระบุบิ๊กจีสามารถช่วยปรับแต่งการวัดมวลสำหรับโลกและวัตถุ บาคาร่า ท้องฟ้าอื่นๆ ตอนนี้เรามีค่าประมาณความแรงของแรงโน้มถ่วงที่แม่นยำที่สุดแล้ว
การทดลองสองครั้งที่วัดแรงดึงดูดเล็กๆ ระหว่างวัตถุในห้องแล็บได้วัดค่าคงที่ความโน้มถ่วงของนิวตันหรือบิ๊กจี ด้วยความไม่แน่นอนเพียง 0.00116 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น จนถึงขณะนี้ ระยะขอบที่เล็กที่สุดของความไม่แน่นอนสำหรับการวัด G ใดๆ อยู่ที่ 0.00137 เปอร์เซ็นต์
ค่า G ชุดใหม่ซึ่งรายงานในวันที่ 30 ส.ค.
Natureไม่ใช่คำสุดท้ายใน G ค่าทั้งสองไม่เห็นด้วยเล็กน้อย และไม่ได้อธิบายว่าทำไมการทดลองวัด G ครั้งก่อนจึงทำให้เกิดการประมาณการที่กว้างไกลเช่นนี้ ( SN ออนไลน์: 4/30/15 ). ถึงกระนั้น นักวิจัยอาจสามารถใช้ค่าใหม่ร่วมกับค่าประมาณ G อื่นๆ ได้ เพื่อค้นหาว่าเหตุใดการวัดค่าคงที่พื้นฐานที่สำคัญนี้จึงพิถีพิถันมาก และอาจตรึงความแข็งแกร่งของแรงโน้มถ่วงลงได้ทุกครั้ง
ค่าที่แน่นอนของ G ซึ่งสัมพันธ์กับมวลและระยะทางกับแรงโน้มถ่วงในกฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตัน ได้หลบเลี่ยงนักวิทยาศาสตร์มานานหลายศตวรรษ นั่นเป็นเพราะแรงดึงดูดระหว่างวัตถุคู่หนึ่งในการทดลองในห้องแล็บมีขนาดเล็กมากและอ่อนไหวต่ออิทธิพลโน้มถ่วงของวัตถุใกล้เคียงอื่นๆ ซึ่งมักจะทำให้นักวิจัยมีความไม่แน่นอนสูงเกี่ยวกับการวัดของพวกเขา
ค่า G ที่ยอมรับในปัจจุบันซึ่งอิงจากการวัดในช่วง 40 ปีที่ผ่านมาคือ 6.67408 × 10 -11เมตรลูกบาศก์ต่อกิโลกรัมต่อตารางวินาที ตัวเลขดังกล่าวมีความไม่แน่นอนอยู่ที่ 0.0047 เปอร์เซ็นต์ ทำให้ไม่แม่นยำกว่าค่าคงที่พื้นฐานอื่นๆ หลายพันเท่า ซึ่งเป็นค่าสากลที่ไม่เปลี่ยนแปลงเช่น ประจุของอิเล็กตรอนหรือความเร็วของแสง ( SN: 11/12/16, p. 24 ). เมฆแห่งความไม่แน่นอนที่อยู่รอบๆ G จะจำกัดว่านักวิจัยสามารถกำหนดมวลของวัตถุท้องฟ้าและค่าคงที่อื่นๆ ที่อิงตาม G ได้ ดีเพียงใด ( SN: 4/23/11, p. 28 )
นักฟิสิกส์ Shan-Qing Yang จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี Huazhong ในหวู่ฮั่น ประเทศจีน และเพื่อนร่วมงานวัด G โดยใช้เครื่องมือสองชิ้นที่เรียกว่าลูกตุ้มบิดเบี้ยว อุปกรณ์แต่ละชิ้นประกอบด้วยแผ่นซิลิกาเคลือบโลหะที่แขวนไว้ด้วยลวดเส้นเล็กและล้อมรอบด้วยเหล็กทรงกลม แรงดึงดูดระหว่างจานกับทรงกลมทำให้จานหมุนบนเส้นลวดไปยังทรงกลม
แต่ลูกตุ้มบิดเบี้ยวทั้งสองมีการตั้งค่าต่างกันเล็กน้อยเพื่อรองรับการวัด G สองวิธี ด้วยลูกตุ้มบิดเกลียวหนึ่งลูก นักวิจัยวัด G โดยการตรวจสอบการบิดของลวดขณะที่จานทำมุมเข้าหาทรงกลม ลูกตุ้มบิดเกลียวอีกอันถูกยึดไว้เพื่อให้แผ่นโลหะห้อยลงมาจากแท่นหมุน ซึ่งหมุนเพื่อป้องกันไม่ให้ลวดบิด ด้วยลูกตุ้มบิดเบี้ยวนั้น นักวิจัยวัด G โดยการติดตามการหมุนของแผ่นเสียง
เพื่อให้การวัดค่าได้แม่นยำที่สุด
นักวิจัยได้แก้ไขรายการสิ่งรบกวนเล็กๆ น้อยๆ จำนวนมาก ตั้งแต่ความหนาแน่นของวัสดุที่ใช้ทำลูกตุ้มบิดเบี้ยวไปจนถึงการสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหวจากแผ่นดินไหวทั่วโลกเล็กน้อย Stephan Schlamminger นักฟิสิกส์จาก National Institute of Standards and Technology ใน Gaithersburg, Md. กล่าวว่า “น่าทึ่งมากที่ต้องใช้ความพยายามมากขนาดนี้ ซึ่งความเห็นเกี่ยวกับการศึกษานี้ปรากฏในฉบับเดียวกันของNature การทำชุดทดลองที่อุตสาหะ “ก็เหมือนงานศิลปะชิ้นหนึ่ง”
การทดลองลูกตุ้มบิดเกลียวเหล่านี้ให้ค่า G เท่ากับ 6.674184 × 10 -11และ 6.674484 × 10 -11เมตรลูกบาศก์ต่อกิโลกรัมต่อตารางวินาที โดยทั้งสองค่ามีความไม่แน่นอนประมาณ 0.00116 เปอร์เซ็นต์
ความแม่นยำในการบันทึกนี้คือ “ความสำเร็จที่ยอดเยี่ยม” Clive Speake นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมในอังกฤษกล่าวซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับงานดังกล่าว แต่คุณค่าที่แท้จริงของ G “ยังคงเป็นปริศนา” การทำซ้ำเหล่านี้และการทดลองอื่นๆ ในอดีตเพื่อระบุแหล่งที่มาของความไม่แน่นอนที่ไม่ทราบที่มาก่อนหน้านี้ หรือการออกแบบเทคนิคการวัด G ใหม่ อาจช่วยเปิดเผยว่าเหตุใดการประมาณค่าสำหรับค่าคงที่พื้นฐานที่สำคัญนี้จึงยังคงไม่เห็นด้วย เขากล่าว
อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ใหม่นี้ยังไม่ตรงกับพลังงานที่ผลิตในเครื่องเร่งพลาสมารุ่นก่อน การศึกษานี้เป็นเพียงขั้นตอนแรก ซึ่งเป็นการพิสูจน์หลักการที่แสดงให้เห็นว่าคานโปรตอนสามารถนำมาใช้ในเครื่องเร่งคลื่นพลาสม่าได้
อิเล็กตรอนพลังงานสูงมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับฟิสิกส์ของอนุภาคเพราะเป็นอนุภาคมูลฐาน ไม่มีองค์ประกอบที่เล็กกว่า ในทางกลับกัน โปรตอนประกอบด้วยทะเลควาร์ก ส่งผลให้เกิดการชนกันที่ยุ่งเหยิงมากขึ้น และเนื่องจากควาร์กแต่ละตัวมีพลังงานรวมของโปรตอนเพียงเล็กน้อย พลังงานเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่จะเกิดการชนกัน อย่างไรก็ตาม อิเลคตรอนใส่อุบายทั้งหมดลงในสแมชอัปแต่ละครั้ง
แต่อิเล็กตรอนจะเร่งความเร็วโดยตรงได้ยาก: หากใส่ในวงแหวนคันเร่ง พลังงานเหล่านี้จะไหลออกอย่างรวดเร็วเมื่อเคลื่อนที่เป็นวงกลม ไม่เหมือนกับโปรตอน ดังนั้น AWAKE จึงเริ่มต้นด้วยโปรตอนเร่งความเร็ว โดยใช้พวกมันเพื่อให้อิเล็กตรอนมีความเร็ว
นักฟิสิกส์ Wim Leemans จาก Lawrence Berkeley National Laboratory ในแคลิฟอร์เนียกล่าวว่าก่อนการทดลองมีความสงสัยว่าสามารถควบคุมพลาสมาได้ดีเพียงพอสำหรับความพยายามเช่น AWAKE หรือไม่ “นี่เป็นรางวัลที่คุ้มค่ามากที่ได้เห็น ใช่แล้ว เทคโนโลยีพลาสมาก้าวหน้าไปมาก” บาคาร่า
