基于双球体吸引质量的扭秤周期法测量牛顿引力常数G

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jxhxf0
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
Cavendish 1798年采用扭秤取得历史上第一个牛顿引力常数G的测量值以来,人们在这一领域内做出了艰苦卓绝的努力,将不断发展的近代科学技术与巧妙的实验设计相结合,力求得到精确可靠的结果。然而由于实验技术上的困难,在其他基本物理量常数的精度均已达到1ppm以下时,G的精度仍然停留在100ppm的水平上。不仅如此,世界上各个实验小组的测量结果之间的吻合程度总是差于其各自的标称精度。这暗示着目前的测G实验中,可能存在未被认识的系统误差。我们实验室于1998年利用扭秤周期法得到了一个相对精度为105ppm的G值。该结果被CODATA 98收录并命名为HUST-99。但后来的详细分析发现HUST-99实验中存在圆柱体密度分布不均以及空气浮力的影响。为了进一步提高G值的测量精度,我们在HUST-99实验的基础上提出了新的实验方案。新的实验方案不仅克服了HUST-99实验中存在的系统误差,并且由于一系列技术上的改进,使得各个几何参量的测量精度有了较大提高:例如利用红外传感器测量使得回转台中心的定位精度达到2μm;利用改进的旋转量块法使得吸引质量球面间距测量精度达到0.06μm以及吸引质量球直径的测量精度达到0.3μm以下;利用红外传感器测量以及水准仪监测使得扭秤的水平定位精度达到13μm;利用自准直仪以及一系列的标准传递使得扭秤和吸引质量球心连线之间的夹角的测量精度达到91μrad等等,这样几何参量贡献给测G的测量不确定度从HUST-99实验的73ppm降低至11ppm。此外,尽管新方案中周期变化量比HUST-99实验要小了近300倍,但是同样归功于一系列技术的改进,如基频信号的高精度提取方法,磁阻尼隔振系统的采用,实验环境温度效应的修正,静电作用的补偿以及A-B-A方法的引进等等,使得扭秤系统的周期稳定性以及周期测量精度有了较大提高,其引入的不确定度由HUST-99实验的75ppm降低至14ppm。除了这些技术上的改进外,为了减小人为主观因素对实验结果的干扰,我们在组内采取了”双盲”法则,即由不同的实验者按照完全相同的步骤,完全独立地进行实验操作。我们得到了两个非常吻合的实验结果,最终的G值是这两个结果的平均值:G=(6.67349±0.00018)×10-11m3kg-1s-2,相对精度为26ppm。本研究工作先后得到国家自然科学基金创新研究群体(批准号:10121503,10805021)和国家重点基础研究发展计划(批准号:2003CB716300)的资助。
其他文献
判词作为法律判断的结论,是对具体案件的法律适用,反映了一定历史时期法律在司法实践中的具体运用,体现了立法与司法之间的相互融合。中国的判词从古代的文学化、情感化、道德化
通过调查铜山区玉米田农药使用情况,结果表明:铜山区每季玉米防治平均用药2.12次,平均用药量为3113.85g(mL)/hm^2,使用的农药有效成分有51种,以除草剂和杀虫剂为主。因此,根
为了研究不同植物生长调节剂对文冠果种子萌发效果及幼苗生长的影响,选择吲哚乙酸、萘乙酸、ABT生根粉3种植物生长调节剂进行处理,比较各种处理下种子的萌发率、发芽势、发芽
<正> 1983年2月,马鞍山市向山区佳山乡印山村社员在屋后取土时发现一座砖室墓。闻讯后,我所杨鸠霞、胡欣民两同志前往现场调查,在马鞍山市委及当地干部和群众支持下清理了这
世本《西游记》中孙悟空前期所向披靡,后期屡战屡败。前后叙事看似矛盾,实则自有情理。人物的前强后弱,一是受此前西游取经故事形态的影响,《取经诗话》、杂剧、平话的叙事中