湖北日?qǐng)?bào)訊（記者方琳、通訊員王瀟瀟 高翔）2018年8月30日，Nature刊發(fā)了中科院院士、引力物理專家羅俊團(tuán)隊(duì)最新測(cè)G結(jié)果。團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)30年在武漢喻家山下華科大引力實(shí)驗(yàn)中心艱辛測(cè)出了截至目前常數(shù)G的最精確值，將為提升我國在基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域的話語權(quán)、為物理學(xué)界確定高精度的引力常數(shù)G的推薦值做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。
什么是常數(shù)G？我們先從萬有引力說起。
牛頓萬有引力定律指出，使蘋果落地的力和維系行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的力本質(zhì)一致，而這種力在我們生活中無處不在，小到看不見的基本粒子，大到宇宙天體，這就是“萬有引力”。要計(jì)算物體間的萬有引力，則需知道引力常數(shù)G的大小，但令人遺憾的是截止到目前，我們并不知道G的精確值是多少。對(duì)萬有引力常數(shù)G的精確測(cè)量不僅具有計(jì)量學(xué)上的意義，對(duì)于檢驗(yàn)牛頓萬有引力定律及深入研究引力相互作用規(guī)律都具有重要意義。
可以說，萬有引力常數(shù)G是人類認(rèn)識(shí)的第一個(gè)基本常數(shù)，但是G值的測(cè)量精度是目前所有基本常數(shù)中最差的，以往國際上不同實(shí)驗(yàn)小組的G值測(cè)量的精度在10-5，相互之間的吻合程度僅達(dá)到10-4的水平，因?yàn)榫葐栴}，很多與之相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)難題至今無法解決。
此次，羅俊團(tuán)隊(duì)采用兩種不同方法測(cè)G，精度均達(dá)到國際最好水平，吻合程度接近10-5的水平。
從上世紀(jì)八十年代起，羅俊團(tuán)隊(duì)就開始采用扭秤技術(shù)精確測(cè)量萬有引力常數(shù)G，歷經(jīng)十多年的努力，1999年得到了第一個(gè)G值，被隨后歷屆的國際科學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)委員會(huì)（CODATA）錄用。
科學(xué)探索的腳步?jīng)]有就此止步。該團(tuán)隊(duì)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了一系列優(yōu)化，對(duì)各項(xiàng)誤差進(jìn)行更深入的研究，又歷時(shí)十年，于2009年發(fā)表了新的結(jié)果，相對(duì)精度達(dá)到26ppm（濃度單位）。該結(jié)果是當(dāng)時(shí)采用扭秤周期法得到的最高精度的G值，也被隨后的歷屆CODATA所收錄命名為HUST-09。
如今，又經(jīng)過一個(gè)十年的沉淀，羅俊團(tuán)隊(duì)再次一鳴驚人，采用兩種不同方法測(cè)G，給出了目前國際上最高精度的G值，相對(duì)不確定度優(yōu)于12ppm，實(shí)現(xiàn)了對(duì)國際頂尖水平的趕超。
羅俊團(tuán)隊(duì)所在的引力中心在短短30多年里，從無到有，從有到強(qiáng)，逐步走向世界前沿，被國際同行稱為“世界的引力中心”。
在學(xué)界，G值的測(cè)量原理早已十分明確，但測(cè)量過程卻異常繁瑣、復(fù)雜。在一種測(cè)量方法中，往往包含近百項(xiàng)的誤差需要評(píng)估。本次實(shí)驗(yàn)中，為了增加測(cè)量結(jié)果的可靠性，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)同時(shí)使用了兩種獨(dú)立的方法，分別是扭秤周期法和扭秤角加速度反饋法。這兩種實(shí)驗(yàn)方法雖已不再新奇，但與兩種方法相關(guān)的裝置設(shè)計(jì)及諸多技術(shù)細(xì)節(jié)均需團(tuán)隊(duì)成員自己摸索、自主研制完成。在此過程中一批高精端的儀器設(shè)備被研發(fā)，且其中很多儀器已在地球重力場(chǎng)的測(cè)量、地質(zhì)勘探等方面發(fā)揮重要作用。如團(tuán)隊(duì)發(fā)展的精密扭秤技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在衛(wèi)星微推進(jìn)器的微推力標(biāo)定、空間慣性傳感器的地面標(biāo)定等方面，這些儀器將為精密重力測(cè)量國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施以及空間引力波探測(cè)——“天琴計(jì)劃”的順利實(shí)施奠定良好的基礎(chǔ)。
論文的通訊作者之一、團(tuán)隊(duì)核心成員、華中科技大學(xué)引力中心楊山清教授感慨道：從上世紀(jì)80年代羅老師開始進(jìn)行萬有引力常數(shù)G的精確測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究至今，他已將其看作是畢生的事業(yè)，幾十年如一日的在山洞實(shí)驗(yàn)室工作。羅老師不僅給我們提供了方向的指引，同時(shí)以身作則，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的每個(gè)重要階段他都主動(dòng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員一起分析、討論并指導(dǎo)大家做實(shí)驗(yàn)。一批兼具理論與實(shí)踐能力的優(yōu)秀人才在此過程中得以成長。測(cè)G是一項(xiàng)艱苦而又繁瑣的工作，一個(gè)結(jié)果的得出往往需要幾十年時(shí)間的摸索，每當(dāng)大家想要放棄時(shí)，羅老師總是能及時(shí)給予鼓勵(lì)。正是因?yàn)檫@樣，團(tuán)隊(duì)成員心里也一直憋著一股拼勁兒，誓將這個(gè)實(shí)驗(yàn)攻下！
美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所聯(lián)合的研究所JILA實(shí)驗(yàn)室前主席、美國總統(tǒng)科技獎(jiǎng)獲得者James E. Faller教授對(duì)此次羅俊團(tuán)隊(duì)取得的成績這樣評(píng)價(jià):“G值的測(cè)量并非一勞永逸，它需要有科學(xué)家持續(xù)為它‘保鮮’，但是對(duì)它的測(cè)量又及其艱辛，而羅俊團(tuán)隊(duì)通過30年的努力，貢獻(xiàn)了目前世界上最為精確的G值，中國應(yīng)該為擁有這樣一個(gè)能夠持之以恒并永遠(yuǎn)保有熱情的團(tuán)隊(duì)而驕傲！”
