Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutu tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

NIST alimləri Stephan Schlamminger (solda) və Vincent Lee, on il davam edən bir layihə olan böyük G-ni, cazibə qüvvəsi sabitini ölçmək üçün istifadə etdikləri burulma balansını araşdırırlar. Müəllif: R. Eskalis/NIST

Zərfi açmağın vaxtı gəlmişdi, amma Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutunun (NIST) fiziklərindən biri olan Stephan Schlamminger içəridə gizlənən gizli ədədi bilmək istədiyinə əmin deyildi. Son 10 ildə Şlamminger iş saatlarının çox hissəsini kainatın hər yerində cazibə qüvvəsini təyin edən universal cazibə sabiti kimi tanınan tək bir kəmiyyəti ölçməyə çalışaraq keçirmişdi. Gizli ədəd Şlammingerə məlumatlarını açmağa və cavabını almağa imkan verəcəkdi.

Cazibə qüvvəsi ayaqlarımızı yerdə saxlayır, planetləri günəş ətrafında orbitdə saxlayır, ulduzları və digər maddələri qalaktikalar yaratmaq üçün saxlayır və kainatın torunu hörmək üçün qalaktik klasterlər formalaşdırır. Lakin onun “böyük G” kimi ifadə edilən gücü dəqiq məlum deyil.

Şlamminger bilirdi ki, əhəmiyyətinə baxmayaraq, böyük G-ni dəqiq ölçmək olduqca çətindir. Alimlər İsaak Nyutonun məşhur cazibə qanununu dərc etməsindən bir əsr sonra, 225 ildən çoxdur ki, sabiti ölçməyə çalışırlar. Lakin onun dəyəri təbiətdəki dörd fundamental qüvvədən, o cümlədən elektromaqnetizm və güclü və zəif nüvə qüvvələrindən ən az məlum olanı olaraq qalır.

Bu qismən cazibə qüvvəsinin dörd qüvvədən ən zəifi olması ilə bağlıdır. Hətta sancağın ucundan böyük olmayan bir maqnit belə, kağız sancağı yerdən qaldıra bilər və Yer kürəsinin bütün cazibə sahəsinin aşağıya çəkilməsindən daha böyük bir elektromaqnit qüvvəsi tətbiq edə bilər.

Cazibə qüvvəsinin daxili zəifliyi laboratoriyada daha da artır. Tədqiqatçılar böyük G-ni yalnız çəkilib yerini dəyişmək üçün kifayət qədər kiçik kütlələr arasındakı cazibə qüvvəsini öyrənməklə ölçə bilərlər. Bu kütlələr Yer kürəsindən təxminən 500 milyard trilyon dəfə kiçikdir və buna görə də elm adamlarının ölçməli olduğu cazibə qüvvəsi daha zəifdir.

Təcrübələr daha həssas və mürəkkəb hala gəlsə də, böyük G-nin son ölçmələrinin bir çoxunda bir qədər fərqli dəyərlər var idi. Fərqlər cüzi olsa da, təxminən 10.000-də bir hissə olsa da, onlar hələ də adi eksperimental səhvlərlə izah edilə bilməyəcək qədər böyükdür.

Bu uyğunsuzluq narahatedici bir sirr yaratmışdı. Uyğunsuzluqlara səbəb olan hansısa bir eksperimental səhv varmı – ən çox ehtimal olunan izahat – yoxsa cazibə qüvvəsi anlayışımızda kökündən səhv bir şey varmı?

Şlamminger və həmkarları 2007-ci ildə Fransanın Sevr şəhərində Beynəlxalq Çəki və Ölçü Bürosu (BIPM) tərəfindən aparılan dəqiq bir təcrübəni diqqətlə təkrarlamaqla bunu öyrənməyə çalışdılar. Əgər Şlamminger həmin tədqiqatın eyni nəticələrini Merilend ştatının Geytersburq şəhərindəki NIST kampusunda müstəqil şəkildə təkrarlaya bilsəydi, sirr həll oluna bilərdi.

Şlamminger, şüursuzcasına ölçməsini təhrif edərək, tədqiqatçıların Fransız təcrübəsində tapdıqları G dəyəri ilə uyğunlaşa biləcəyindən narahat idi. Öz dəqiq standartlarına cavab vermək üçün Şlamminger həmkarı Patrik Abbottdan məlumatları qarışdırmasını istədi. Abbott bunu diqqətlə ölçdüyü NIST təcrübəsindəki bəzi kütlələrin çəkilərindən yalnız özünə məlum olan bir ədədi çıxmaqla etdi. Bu strategiyadan istifadə edərək Şlamminger komandasının ölçdüyü böyük G-nin faktiki dəyərini bilməyəcəkdi. Yəni, zərfi açıb içindəki gizli rəqəmi oxuyana qədər.Qravitasiya sabiti G-nin (k = 1) qeyri-müəyyənlik zolaqları ilə ölçülməsinin təxminən yarım əsri. Müəllif: Metrologia (2026). DOI:10.1088/1681-7575/ae570f

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Böyük açıqlama

Əvvəllər, 2022-ci ildə, Şlamminger gizli rəqəmi üzə çıxarmağa hazır idi, lakin son anda nəticələri təhrif edə biləcək hava təzyiqi ilə əlaqəli incə, lakin vacib bir amili görməzdən gəldiyini anlayaraq imtina etdi. İndi isə, 11 iyul 2024-cü il tarixində saat 15:00-da Şlammingerin öz tapıntılarını Kolorado ştatının Aurora şəhərində keçirilən Dəqiq Elektromaqnit Ölçmələri üzrə illik Konfransda təqdim etməsi planlaşdırılırdı.

Konfransın səhər sessiyalarında iştirak etmək üçün çox səbirsizlənən Şlamminger, komandasının ölçmələrini çaşdıra biləcək temperatur və təzyiq dəyişiklikləri də daxil olmaqla bütün mümkün amillər barədə düşündü. Bacardığı qədər hər birini nəzərə almışdı. “Mən təcrübənin bütün “i”lərini nöqtələmiş və “t”lərini keçmişdim”, – dedi.

Günortadan sonra çıxışında Şlamminger nəhayət Abbottun zərfin içinə qoyduğu rəqəmi oxudu və dərhal rahatlıq hiss etdi. Gözlədiyi nəticəni əldə etmək üçün gizli rəqəmin nisbətən böyük və mənfi olması lazım idi.

Elə idi.

Lakin gün keçdikcə həyəcanı azalırdı. Rəqəmin böyüklüyü onun nəticələrinin Fransa təcrübəsinin nəticələri ilə üst-üstə düşməsi üçün çox böyük idi.

İki illik geniş təhlildən sonra Şlamminger və əməkdaşları nəticələrini Metrologia jurnalında dərc ediblər . Komandanın ölçülmüş G dəyəri olan 6.67387×10-11 metr3/kiloqram/saniyə2, Fransa nəticəsindən 0.0235% aşağıdır. Təbiətdəki bütün digər sabitlərin altı və ya daha çox əhəmiyyətli rəqəmə qədər məlum olduğunu nəzərə alsaq, bu, nəzərəçarpacaq bir fərqdir.

Uyğunsuzluq vanna otağınızdakı tərəzidə çəkinizi və ya 16 unsiyalıq məhsul hazırlamaq üçün lazım olan fıstıq yağının miqdarını dəyişdirəcək qədər böyük deyil. Lakin elm tarixi boyunca ölçmələrdəki kiçik uyğunsuzluqlar bəzən kainat haqqında anlayışımızda çatlar aşkar etmiş və kosmosun işləməsi ilə bağlı heyrətamiz yeni anlayışlara səbəb olmuşdur.

Tarixə söykənən bir təcrübə

BIPM və NIST ölçmələri, nazik asma lifin burulma bucağını və ya burulmasını ölçməklə kiçik qüvvələri hiss edən bir cihaz olan burulma balansına əsaslanırdı. Metod, 1798-ci ildə ingilis fiziki Henri Kavendiş tərəfindən aparılan əlamətdar bir təcrübəyə əsaslanır.

Kavendiş, mərkəzində nazik məftillə üfüqi şəkildə asılmış taxta şüanın əks uclarına iki qurğuşun kürə yerləşdirdi. Yaxınlıqda isə o, ayrı-ayrılıqda asılmış iki daha ağır kütlə yerləşdirdi. Daha kiçik və daha ağır kütlələr arasındakı cazibə qüvvəsi taxta şüanın fırlanmasına səbəb oldu və teli onun yaratdığı fırlanma momenti cazibə qüvvəsi ilə tarazlaşana qədər bükdü. Güzgü və işıq göstəricisi ilə ölçülən taxta şüanın hərəkəti böyük G-nin dəyərini göstərdi.Oyna

00:0000:20SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

Daha mürəkkəb BIPM və NIST təcrübələrində səkkiz silindrik metal kütləsi var idi. Silindrlərdən dördü köhnə çilçıraqdakı dörd şamdana bənzəyən fırlanan karuselin üzərində yerləşirdi. Digər dörd kiçik kütlə isə karuselin içərisinə, insan saçının qalınlığında mis-berillium lentlə asılmış diskin üzərinə yerləşdirilmişdi.

Xarici kütlələr daxili kütlələri cəzb etdikdə, burulma balansı fırlanır və metal zolaq bükülür. Fırlanmanın və cazibə qüvvəsi momentinin və ya burulmanın dəqiq izlənməsi bir ölçü G təmin etdi. Lakin hər iki komanda bir addım daha irəli getdi.

İkinci ölçmə dəstində tədqiqatçılar hər bir daxili kütlənin yanında yerləşdirilmiş elektrodlara gərginlik tətbiq etdilər. Gərginliklər naqili cazibə qüvvəsi ilə induksiya edilmiş fırlanma momentinin əks istiqamətdə bükən elektrostatik fırlanma momenti yaratdı. Cazibə qüvvəsi fırlanma momentini tam olaraq balanslaşdıran bir gərginliyi diqqətlə seçməklə tədqiqatçılar burulma balansının fırlanmasının qarşısını aldılar. Gərginliyin böyüklüyü böyük G-nin başqa bir qiymətləndirməsini təmin etdi.Oyna

00:0000:20SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

Şlammingerin komandası tədqiqata daha bir variant əlavə etdi. Kütlələrin tərkibinin onların ölçülməsinə təsir edib-etmədiyini müəyyən etmək üçün tədqiqatçılar əvvəlcə mis kütlələri ilə təcrübə apardılar, sonra isə tədqiqatı sapfirlə təkrarladılar. Komanda demək olar ki, eyni nəticələr əldə etdi.

On il davam edən NIST tədqiqatı böyük G ilə bağlı problemi həll etməsə də, artıq elmi dəlillər toplusuna əlavə edilib. Şlamminger deyib: “Hər bir ölçmə vacibdir, çünki həqiqət vacibdir. Mənim üçün dəqiq ölçmə aparmaq, ədədin gözlənilən dəyərlə uyğun gəlib-gəlməməsindən asılı olmayaraq, kainata nizam gətirməyin bir yoludur”.

İllərlə çalışdıqdan sonra Şlamminger deyir ki, böyük G-nin ardınca düşməyə kifayət qədər vaxt ayırıb. “Problem üzərində işləməyi gənc nəsil alimlərə buraxacağam”, – deyə o əlavə edib. “Biz irəliləməliyik.”

Nəşr detalları

Stephan Schlamminger və digərləri, NIST-də BIPM burulma balansı ilə cazibə qüvvəsi sabitinin yenidən təyini, Metrologiya (2026). DOI: 10.1088/1681-7575/ae570f . iopscience.iop.org/article/10. … 088/1681-7575/ae570f

Jurnal məlumatları: Metrologiya 

Əsas anlayışlar

laboratoriya təcrübələriKlassik mexanikaQravitasiyaMetrologiyaQravitasiya sahələriQravitasiya qarşılıqlı təsiri

Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilir