NIST Araştırmacıları Neden 10 Yıl Boyunca Yerçekimini Ölçtü?

Fizikçiler, temel yerçekimi sabitini ölçmeye iki yüzyıldan fazla bir süredir çalışıyorlar. "Büyük G" olarak bilinen mevcut kabul edilen değeri 6.67430 × 10^-11 m³/(kg s²) dir. Ayrıca, ±0.00015 × 10^-11 m³/(kg s²) belirsizliği vardır. Evrenin sabitleri açısından bu oldukça belirsizdir. Stephan Schlamminger, ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nde bir fizikçidir. Stephan Schlamminger, ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nde, Paris yakınlarındaki Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu (BIPM) tarafından yapılan daha önceki bir büyük G ölçümünü tekrarlamak için 10 yıllık bir çabayı tamamladı. Bu ölçüm, çoğu ölçümden belirgin şekilde daha yüksektir. IEEE Spectrum ile konuşan Schlamminger, bir sayıya ulaşmanın neden bu kadar uzun sürdüğünü—6.67387 x 10^-11 m³/(kg s²)—ve bunun BIPM sonucundan neden belirgin şekilde daha düşük olduğunu, %0.0235 oranında açıkladı. Büyük G'yi ölçmek neden bu kadar zor? Stephan Schlamminger: Yerçekimi çok zayıf. Çocukken muhtemelen buzdolabı mıknatıslarıyla oynadınız ve bu, hissedebileceğiniz bir kuvvetti. Ama iki kahve fincanınız varsa, ne kadar denerseniz deneyin, aralarındaki kuvveti hissedemezsiniz. Orada, ama çok, çok zayıf. Büyük G'yi nasıl ölçmeye çalıştınız? NIST, dört katmanlı bir geometri ile bir torsiyon terazisi kullandı. Bu animasyon, dıştaki yeşil kütlelerin içteki mavi kütleleri yerçekimsel olarak nasıl çektiğini abartılı bir şekilde gösteriyor. Schlamminger: Torsiyon terazisi denilen bir alet kullandık. Torsiyon terzisinin ana fikri, Dünya'dan gelen dikey yerçekimini yatay yerçekiminden ayırmaktır ve bu, torsiyon terazisinin etrafındaki kütleler üzerinde hassas olmasını sağlar, ancak altında Dünya yoktur. Bizimki dört katmanlı bir geometriye sahipti. Çok ince bir torsiyon şeridi var, ardından "artı işareti" düzeninde dört silindir var. Tüm bunlar bir vakumun içinde. Dışarıda, dört daha büyük silindir, dört daha küçük kütleyi kendilerine yerçekimsel olarak çeker. Dış kütleleri sadece biraz hareket ettirirsem, artı işareti dönecek ve biz de hareket ettiği açıyı ölçeriz. O açı, yerçekimsel tork ile orantılıdır. BIPM değerini neden tekrarlamaya çalıştınız? Schlamminger: Alanı ileriye taşıyabilirdik. Ölçümler tutarsızlıklarla doluydu, bu yüzden bir deneyi yeniden yaparak tutarsızlıklara ışık tutmayı umuyorduk. Bir "suçlu" bulamadık, bu yüzden farklı olmasının tek bir nedeni yok—bizim değerimiz ile onların değeri arasında. Hala büyük bir soru işareti. Bu konuda 10 yıl geçirmek nasıldı? Schlamminger: Biraz kedileri güdülemek gibi. Diğer temel sabitleri, Planck sabiti gibi, ölçtüm ve çoğu deneyde, bir tür kendi kendine kalibrasyon vardır. Ama yerçekimi sabiti ile her hareket eden kütleyi takip etmeniz gerekiyor—nerede olduklarını, ne kadar büyük olduklarını ve ağırlıklarını. Sonuçlarınız diğerleriyle nasıl karşılaştırılıyor? Schlamminger: Sonucumuz, standart kabul edilen literatür değerinin biraz altında. BIPM değeriyle veya literatür değeriyle uyuşmadığı için hayal kırıklığına uğradım. Eğer BIPM deneyinde bir sorun varsa, o zaman o sonucu içeren literatür değeri biraz düşmelidir. Ama bunu söylemek benim işim değil. Bence bağımsız birinin yeni ortalama değerin ne olması gerektiğini bulması gerekiyor.