量子的手法が万有引力定数に迫る
冷たいルビジウム原子はニュートンの大文字Gを測定する新しいアプローチをもたらした。
Ron Cowen, 18 June 2014

あらゆる2つの物体間に働く引力は物体の質量に比例し（距離に反比例し）、比例定数は
Gと呼ばれる――しかしこの基礎定数の測定は互いに食い違った結果を与えてきた。
物理学者たちは物質の量子的性質を使って万有引力定数の精度の高い値を得た。いわゆる
「大文字G」は惑星からリンゴまで、全ての物体が互いに引力で引き合う振る舞いを記述
するアイザック・ニュートンの法則に出てくる定数だ。この技術はまだ改良が必要だが、
物理学者たちはいずれ従来の手法の精度を超えると考えている。そして長年物理学者たちを
悩ませてきた測定による食い違いを解決することが期待されている。

今日ネイチャー誌に記述された研究の中で、研究者たちはルビジウム原子と516キログラムの
タングステン柱アレイとのあいだの非常に小さな引力を測定した。この測定の不確かさは
150百万分率（0.015%）だ。この数字は2つの巨視的質量の相互引力を計った、従来の手法
によるGの測定よりわずかに大きいだけだ。

最新の測定は「素晴らしい実験成果でありGの知識への重用な貢献だ」とカリフォルニア
大学バークリー校の物理学者、ホルガー・ミュラー（Holger Muller）は話した（彼は
研究に関与していない）。

◆定数問題

この技術は原子などの物質粒子が波として振る舞う性質を利用していて、長年物理学者
たちを挫折させてきた問題に新しい知見をもたらした。従来の手法は回転する天秤に取り
付けられたおもりに働く引力によるトルクを測定していた。1798年にイギリスの科学者、
ヘンリー・キャヴェンディッシュが最初に行った実験だ。しかしキャヴェンディッシュの
装置を使った約300回の現代の実験は精度が上がってきているにもかかわらず、異なった
実験室が僅かに異なる値のGを出していて、近年はその食い違いが小さくなるどころか
大きくなってきている。

新しい測定は伝統的技術で得られた値のほとんどより低い。
研究者たちはこれまでの測定に不一致を起こした誤差の原因を特定できていない。最新の
測定の装置にはトルク手法と同じ誤差はでないと考えられる。そして精度を高めればGの真の
値の決定に役立つだろう、と研究の共著者でフィレンツェ大学（イタリア）のグリエルモ・
ティーノ（Guglielmo Tino）は話した。

ティーノと彼の共同研究者たちは、物質の波状の性質を使った装置である、原子干渉計を
使って万有引力加速度を精密に測定した。スタンフォード大学（カリフォルニア州）の
マーク・カセヴィチ（Mark Kasevich）が率いる別のチームが、そのような干渉計がGの
測定に使えることを2007年に初めて実証していた。ティーノのチームは干渉計技術での
Gの「測定精度を10倍以上に向上させた」とカセヴィチは話した。
>>2以降につづく

ソース：Nature News（18 June 2014）
Quantum method closes in on gravitational constant
http://www.nature.com/news/quantum-method-closes-in-on-gravitational-constant-1.15427

原論文：Nature
G. Rosi, F. Sorrentino, L. Cacciapuoti, M. Prevedelli & G. M. Tino.
Precision measurement of the Newtonian gravitational constant using cold atoms.
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature13433.html

プレスリリース：Universita degli studi di Firenze（18-Giu-2014）
Fisica, misurata con elevata precisione la costante di Newton
http://www.unifi.it/notiziario/cmpro-v-p-379.html

>>1からのつづき

◆クールな手法

ティーノのチームが記述した実験では、レーザー光のパルスを絶対零度付近まで冷却した
ルビジウム原子雲に当て、万有引力の影響下で原子を噴水のように上昇・下降させた。
パルスは各原子に付随する「物質波」を2つのエネルギー状態の重ね合わせに分割する。
それぞれの状態は違う速度を持ち、降下する前に違う高さ（60か90センチメートル）に
到達する。高く上昇したほうの物質波はタングステン柱からの距離も大きくなるため、
僅かに異なる万有引力を受ける。この力の違いが2つの物質波の経路が再結合する最終
状態に測定可能なズレを与え、干渉パターンが生じる。

チームは2つの原子干渉計を使って地球重力の影響と、時間とともに変化する月と太陽からの
潮汐力の影響をキャンセルした。原子と柱の質量と両者の間の距離は高い精度で分かる
ため、この雲の加速の測定を複数回行うことによって研究者たちはGの値を解明できた。

異なるGの値のあいだの食い違いは未知の、あるいは見過ごされた誤差の存在を示している
かも知れないが、ニュートンの万有引力の法則が実験室の長さスケールでの質量の相互
作用を正確に記述しない可能性もある、と国立標準技術研究所（メリーランド州ゲイザース
バーグ）の物理学者、ピーター・モーア（Peter Mohr）は注意した。したがって新しい
独立したGの測定方法を持つことで物理学者たちは万有引力の法則がどのように働くのか
再定義できるだろう。

おわり

ピッグス粒子との関係を述べよ

そんな問題より明日中に電気代払わないと
電気を止められる問題に注目してほしい。

熟女に迫るんならわかるが、そんなもんに迫ってどうすんだよ。変態だろ。つまんね。

横回転をかけおもりを載せた天秤の腕が水平になる速度で
Ｇの単位を決められないのか？

再定義もなにも量子力学では重力の発生要因は、クオークにあるとかいってたじゃないか
ヒッグス粒子までいってもついに見つからなかったってのがなあ

古典的な問題だ

電力使用率は分母をいじることが出来ます。電力会社の脅しに気をつけましょう。

いろいろ登場するが要するにトップランナーはヴィッチでおｋ？
　

どうなってたら面白いんだ

＞この数字は2つの巨視的質量の相互引力を計った、従来の手法によるGの測定よりわずかに大きいだけだ。

重力は距離が近づくと定数自体大きくなって超極小では無限大ブラックホールになりそれが素粒子の肝だとか？
逆に遠くなると弱くなり加速膨張の原因だとか？

＞実験室が僅かに異なる値のGを出していて、近年はその食い違いが小さくなるどころか大きくなってきている。

定数自体が波打つように微細変動していて、その振幅を上手く上げると強い重力部と弱い重力部に分割でき、それらをさらに上手く使って反重力装置が出来るとか？

>>7
>クオークにあるとかいってたじゃないか

そんなこと誰一人言ってないが？

やっとかよ　みんな知らないだろうけど引力の発生源は愛だからな

>>3
http://www.google.co.jp/search?q=%E3%83%94%E3%83%83%E3%82%B0%E3%82%B9
そんな粒子あるのか?

ヒッグス粒子など無い
接着剤は無の力です
案外分子同士は無重力圏内では反発するのかもよ？

そういえば細かく砕き遠心分離機にかけたりすることもあるのぉ

無重力圏内では遠心力は働かない
モーターによる発電も不可能
原子は運動してる
なんかつじつまが合ってるような気がする

>>16
古代日本語ではハ行はパピプペポだったからこれでいいのだ。
http://www.google.co.jp/search?q=%22%E3%83%94%E3%83%83%E3%82%B0%E3%82%B9%E7%B2%92%E5%AD%90%22&oq=%22%E3%83%94%E3%83%83%E3%82%B0%E3%82%B9%E7%B2%92%E5%AD%90%22

名古屋にはaeの母音もあるよ

定数の真値よりも今までのトルク使った方法で誤差がでる原因の方が気になった
なんでじゃい

その１が定まらんって話だと思うが

いまさらそんなことをしたらみんなダイエットに失敗する

>高く上昇したほうの物質波はタングステン柱からの距離も大きくなるため、
>僅かに異なる万有引力を受ける。この力の違いが2つの物質波の経路が再結合する最終
>状態に測定可能なズレを与え、干渉パターンが生じる。

位相って受けた力でずれるんじゃなくて
各粒子の移動経路上のポテンシャルエネルギーで変わるんじゃなかったっけ？

>>19
へ？なら2001年宇宙の旅の映画の様に
宇宙船の一部をぐるぐる回しても遠心力を疑似重力として利用出来ないの？

相対論的には加速度と力は区別できない

>>28
ちがう。
相対論的には、加速度は、重力によるものかそうでないものかの区別はできない

Gの値は１３に決まってんだろ狙撃されるぞ

>>19の、無重力圏内なら遠心力は働かない
ってのを疑問に思ってるんじゃないのか？

>>30
>>17,18,19の一連の書き込みは、ポエムじゃなかろうか。

物理定数表を見るとわかるが、万有引力定数の精度が一番悪い。どう精度を上げるかは昔からの課題である。

量子力学は全てに適用できるのに相対論ときたら・・・

量子力学は全てに適用できるかどうかはまだわからない。マクロとミクロの間で破綻してるかもしれない。

観測手段自体が量子力学に依存しているものが多い。
量子力学に依存せずにその正しさを確かめる実験は意外と少ない。

Gは黒いんだよな？

俺が先週見かけたGは
まだ2cmぐらいだったよ
羽も生えてなかった

まあ太陽みたいな星が核融合できるのもトンネル効果のおかげなんだけどねえ
あれってミクロだっけ？

忠告するが、G についてはあまり詮索しないことだ

命を散らしたものもいるからな。
イカロスとか。

>>42
確かそうなんだけど各種の演算結果が
この性質に負ているのでほとんど問題無いんだろうね

クーロン力の逆二乗則は極小領域で破れてるって話もあったような。

万有引力にガウスの法則を使う例はあまり見ないな

http://www.geocities.jp/maeda_hashimoto/tor/tor_ch02pr03p08.htm

いつ重力制御装置できるんだよ。

シドニアで実現されてる

>>44
三次元空間だから逆二乗則になるが、
もし余剰次元があれば微小領域で逆ｎ?１乗になるって話だっけ

>>49
n次元空間だったら逆n-1乗になるって話
微小領域での力を測定し、それが確認できれば、
余剰次元の実証に使えるのではというのを見た覚えがある