意科學家首次直接測量重力曲率

意大利研究人員第一次成功實施了直接測量重力曲率的實驗,這一成果標志著他們可能改進牛頓重力常數G。相關成果發布在近期《物理評論快報》雜志上。

很多年來，科學家已經發明了很多種復雜的方法來測量重力，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械波動性質，使相關距離測量具有較高精度。直到現在，研究人員已經能夠測量隨高度增加而變化的重力，在幾英尺的范圍內都能測出重力漸變。

新的研究成果能測量由大質量引起的引力變化，這種變化梯度被稱為重力曲率。據物理學家組織網近日報道，為了直接測量梯度的變化，需要在三個不同高度進行測量。測量臨近兩個點的重力，產生兩個不同的結果，再分別除以兩個點之間的距離，得出不同的值，形成梯度。在三個點測量重力則能計算出變化率，即重力曲率。這個測量方法最初在2002年被提出，意大利研究人員的實驗正是基于這個假設進行的。

為了同時在三個位置測量重力，研究人員在一米長管內的三個不同高度，創建了三個超冷原子羽流。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狀態。在測量時間段內，增加的動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。正如預測的那樣，測量這種干涉作用，能計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對G常數的測量，這在地理和地圖繪制等工作中意義非凡。