对话华中科技大学引力中心团队

2019-05-15 18:06:46 66

  

对话华中科技大学引力中心团队

 

  图为杨山清教授(左二)与团队小伙伴们

  

对话华中科技大学引力中心团队

 

  图为第一代研究者罗俊院士

  □楚天都市报记者张聪

  摄影:楚天都市报记者萧颢实习生周院

  对话时间:9月4日对话

  人物:华中大引力中心罗俊院士团队杨山清、黎卿、刘建平、邬俊飞

  人物介绍

  华中科技大学物理学院引力中心罗俊团队。从1983年开始,他们以中科院院士罗俊为核心,35年来奋战在万有引力常数G值的测量一线。

  1998年,测G15年后,罗俊团队测得第一个G值,被历届国际科学技术数据委员会(CODATA)录用,命名为HUST-99(HUST是华中科技大学的英文简称)。

  2009年,罗俊团队又发表改进的测G结果,相对精度达到26ppm,再被CODATA收录并命名为HUST-09。2015年罗俊调任中山大学校长后,团队依然在努力。

  今年8月30日,世界顶尖学术杂志之一的《Nature》(《自然》)刊发该团队最新研究成果——目前国际最高精度的万有引力常数G值。黎卿、刘建平、邬俊飞为文章共同第一作者,杨山清教授、邵成刚教授与罗俊院士一起为共同通讯作者。

  对话背景

  位于华中大北面的喻家山山腹中,两条狭长甬道通往科学圣殿。这是一座防空洞。宽2米的甬道四壁,水泥涂层斑驳,甬道上方的吊灯一旦熄灭,这里就陷入伸手不见五指的黑暗。防空洞深处,是两间被命名为“山洞测G实验室”的场所。30多年来,几代被笑称“山顶洞人”的科学工作者,最终测出目前世界上最精确的G值。

  最早发现的物理常数 

  至今测量精度却最难 

  楚天都市报(C):对普通人来讲,万有引力常数G其实是一个相当艰涩的概念,我们测量更精确的G值,意义在哪里?

  罗俊团队(L):学过高中物理的可能都知道重力加速度g,而我们现在所说的G是万有引力常数。G有什么作用?任何物体间都有万有引力,但要计算物体间引力大小,就需要知道引力常数G的值。

  G的精确度越高,有关天体质量、平均密度精度就越高。在天体与天体之间,引力是占绝对主导作用的力,地球绕太阳转,银河系的形成都是引力起作用。如果G更精确,对于天体之间运行轨道周期的测量就会更清晰、准确。

  另外相对重力加速度g而言,引力常数G是物理上一个更基本的量,由于G精度不够,导致一些物理量也无法准确。

  由于引力非常微弱,实验容易受周围环境干扰,对G值的精确测量一直是物理学上的挑战。测量中,需要研发一系列高灵敏度仪器,探寻新的测量技术方法,这其中很多自主研发的仪器和测量技术已在地球重力场的测量、地质勘探等领域发挥作用。比如精密扭秤技术,已成功应用在卫星微推进器的微推力标定、空间惯性传感器的地面标定等。

  C:一个团队几十号人奋斗30多年才测出世界最精确G值,测G究竟为何这样难?

  L:G是这个世界上最早被发现的物理常数,但也是现在所有常数里测量精度最难的。

  为什么?万有引力在天体运行中显得突出,但在我们生活中十分微弱。比如相距1米、质量1公斤的两个物体间引力作用相当于只有几个细胞的重量,为探测到它,需要研发灵敏度极高的仪器设备。

  第二个难度是引力不能被屏蔽,它不像电磁,用一个罩子罩起来外界干扰就可以对实验没影响,引力没有办法被屏蔽——周围有人经过,外面有车路过,仪器上掉落一粒灰尘,测量球内部有空隙……都会对结果产生影响。

  接力当好“山顶洞人” 

  测G值需要“痴”精神 

  C:那最终这三十年,我们怎么克服这些难题?

  L:首先我们有山洞实验室,因为是在山腹之中,外界干扰就少了很多。这个实验室你能感觉到,一进去手机完全没有信号,室温长期在20℃左右。

  现在我们得出的这个世界最精确G值,也是分了三个阶段。罗老师从 1983年开始研究,1998年得到的第一个G值获认可;到2009年,又做出了第二个结果,相对精度达到26ppm(即百万分之二十六)。在罗老师的带领下,我们团队再接再厉,凭借之前20多年的技术积累,成功攻克了之前实验中存在的较大的系统误差项,并使用两种独立的方法,实验过程中伴随多次的重复实验从而有效提高测量结果的置信水平,终于在今年获得世界上精度最高的测量值。

  科学的认识从来都不是一蹴而就,中间经历过许多失败的尝试。在不断摸索中前行,几代人的青春就挥洒在这个过程里。

  C:三十年就为一个数据,听起来都觉枯燥。