פיזיקאים במשך עשר שנים ניסו למדוד את הקבוע הגרביטציוני – ולבסוף שוב לא הגיעו לערך אחיד של ה־G הגדול.

תוצאות חדשות של מדידת קבוע הכבידה מה-NIST

*פיזיקאים מאוניברסיטת המוסד הלאומי לתקנים וטכנולוגיות (NIST) בארה"ב השלימו ניסוי עשרוני למדידת קבוע הכבידה G. הערך שהתקבל שונה הן מתוצאות הקודמות של צרפת והן מהערך הבינלאומי, אך בו זמנית זוהו תופעה שלא נחשבה קודם לכן שעשויה להסביר את ההבדלים בין המדידות השונות.*

מה זה "ה-G הגדול"?

קבוע הכבידה G מתאר את כוח המשיכה בין שני מסות. זו אחת הקבועים היסודיים בפיזיקה, אך ערכו המדויק נשארו נושא לדיון כבר יותר מ-200 שנה. כבידה היא החולשה מבין ארבעת האינטראקציות הבסיסיות, ולכן מדידתה ברמת דיוק גבוהה במעבדה היא קושי עצום.

היום קיימים 16 ערכים ניסיוניים של G שנמדדו על ידי קבוצות שונות של חוקרים. כפי שציין פיזיקאי NIST סטפאן שמינגר (Stephan Schlamminger) בעיתון *Refractor*, "הנתונים מפוזרים מאוד והטעות היא כ-10⁻⁶ חלקים".

למה נבחר ניסוי צרפתי?

במקום לבצע מדידה חדשה, צוות שמינגר החליט לשחזר את הניסוי של 2014 שנערך במשרד הבינלאומי למדידת משקל ומידות (BIPM) בצרפת. ניסוי זה נתן אחד הערכים המסטיים ביותר של G, ולכן חזרה עליו יכלה לחשוף טעויות מערכתיות מוסתרות.

*המערכת הועברה על פני האטלנטי למעבדה של NIST בגייטרסברג, מדינת מרילנד.*

*העבודה החלה ב-2016 והמשיכה במשך עשר שנים.*

תוצאה

הערך שהתקבל:

\[

G = (6.67387 \pm 0.00038) \times 10^{-11}\; \text{מ}^3\,\text{קג}^{-1}\,\text{ש}^{-2}

\]

מספר זה נמוך ב-0,0235 % מהתוצאה הצרפתית המקורית. בהקשר של קבועים יסודיים אחרים שנמדדו בדיוק עד עשרות ספרות אחרי הנקודה העשרונית, הפרש כזה נותר משמעותי.

מקור השגיאה שהתגלתה

החשיפה המרכזית – אפקט האוויר המיותב. במהלך העבודה, החדר מתרוקן ליצירת חלל ריק, אך אי אפשר להסיר את כל האוויר. "תמיד נשאר כמות קטנה של אוויר – זה מה שנקרא לחץ שאריות", מסביר שמינגר. הסביבה הגזית השארית מפעילה כוח חלש על המערכת, שהניסויים הקודמים לא בחנו.

גורם זה עשוי להיות המפתח להבנת סיבות חוסר התאמה של תוצאות מדידת G ברחבי העולם.

מה הלאה?

שמינגר עדיין אינו מוכן ליישם את התגלית הזו על כל ניסוי אחר. "צריך לבחון כל ניסיון בנפרד ולהבין מה בדיוק נעשה בו", אומר הוא. הערך החדש מעט נמוך ממומלץ CODATA (2018), אך הסיבה המדויקת להבדל עדיין לא נקבעת.

"עדיין אנו מניחים שזה יכול להיות קשור למספר אפקטים, אבל לא ברור איזה מהם משפיע על התוצאות כרגע", סיכום החוקרים.