意科學(xué)家首次直接測(cè)量重力曲率

意大利研究人員第一次成功實(shí)施了直接測(cè)量重力曲率的實(shí)驗(yàn),這一成果標(biāo)志著他們可能改進(jìn)牛頓重力常數(shù)G。相關(guān)成果發(fā)布在近期《物理評(píng)論快報(bào)》雜志上。

很多年來，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)明了很多種復(fù)雜的方法來測(cè)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(jī)械波動(dòng)性質(zhì)，使相關(guān)距離測(cè)量具有較高精度。直到現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)能夠測(cè)量隨高度增加而變化的重力，在幾英尺的范圍內(nèi)都能測(cè)出重力漸變。

新的研究成果能測(cè)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(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，為了直接測(cè)量梯度的變化，需要在三個(gè)不同高度進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量臨近兩個(gè)點(diǎn)的重力，產(chǎn)生兩個(gè)不同的結(jié)果，再分別除以兩個(gè)點(diǎn)之間的距離，得出不同的值，形成梯度。在三個(gè)點(diǎn)測(cè)量重力則能計(jì)算出變化率，即重力曲率。這個(gè)測(cè)量方法最初在2002年被提出，意大利研究人員的實(shí)驗(yàn)正是基于這個(gè)假設(shè)進(jìn)行的。

為了同時(shí)在三個(gè)位置測(cè)量重力，研究人員在一米長管內(nèi)的三個(gè)不同高度，創(chuàng)建了三個(gè)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(chǎng)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(chǔ)狀態(tài)。在測(cè)量時(shí)間段內(nèi)，增加的動(dòng)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(yù)測(cè)的那樣，測(cè)量這種干涉作用，能計(jì)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(jìn)對(duì)G常數(shù)的測(cè)量，這在地理和地圖繪制等工作中意義非凡。