潜心15年,打破国外垄断,华中科大研发首台高精度量子重力仪
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新华社武汉1月3日消息,华中科技大学引力中心团队3日宣布,团队历经15年潜心研究,在量子重力仪研发方面取得突破,近期成功研制并交付有关行业部门首台高精度绝对重力仪。经过多个点位的双盲测量评估,以及多家单位的专家综合评定,该仪器精度达到微伽水平,受到用户好评,已顺利通过验收。
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华中科技大学研制的量子重力仪正在进行测量。长江网 图
该校引力中心成立30余年以来,一直将面向国家重大需求作为重要科研方向。在中国科学院罗俊院士带领下,华中科技大学引力中心胡忠坤、周敏康团队历经15年潜心研究,攻克了物质波干涉、超低频隔振、装备小型化等量子重力仪的关键技术,于2013年将量子重力仪的分辨率提升至国际最好水平,并保持至今。
华中科技大学引力中心团队耗时30年测出世界最精准引力常数G,在聚焦前沿的同时,瞄准国家需求,研制出了自主知识产权的小型化量子重力仪装备,为量子重力仪走出实验室、服务国家需求,迈出了坚实一步。
业内人士认为,这一自主研制量子重力仪的成功交付,将打破高精度重力仪国外技术垄断的局面,为我国高端量子装备的发展提供新途径,也为行业部门的仪器使用提供了具有我国自主知识产权的新选项,更能保障核心数据的安全。
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1687年,那颗砸在牛顿头上的苹果开启了万有引力研究的新大门,而万有引力公式里的常数G却始终是难解之谜...
终于,好消息传来!万有引力常数G的最精确值由华中科大物理学院罗俊院士团队蛰伏30多年得以测出。2018年8月30日凌晨,国际顶级杂志《自然》刊发了这一重要成果!
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媒体头版头条报道
牛顿万有引力定律指出了使苹果落地的力和维系行星沿椭圆轨道运动的力本质一致,而这种力在我们生活中无处不在,小到看不见的基本粒子,大到宇宙天体,这就是“万有引力”。要计算物体间的万有引力,则需知道引力常数G的大小,但令人遗憾的是,截止目前我们并不知道G的精确值是多少。对万有引力常数G的精确测量不仅具有计量学上的意义,其对于检验牛顿万有引力定律及深入研究引力相互作用规律都具有重要意义。
万有引力常数G是人类认识的第一个基本常数,但是G值的测量精度是目前所有基本常数中最差的,以往国际上不同实验小组的G值测量的相对精度虽然接近10-5,相互之间的吻合程度仅达到10-4的水平,因为精度问题很多与之相关的基础科学难题至今无法解决。此次罗俊院士团队采用两种不同方法测G,精度均达到国际最好水平,吻合程度接近10-5的水平,这将为提升我国在基础物理学领域的话语权、为物理学界确定高精度的引力常数G的推荐值做出实质性贡献。
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扎实的实验报告
罗俊团队从上世纪八十年代就已开始采用扭秤技术精确测量万有引力常数G,历经十多年的努力于1999年得到了第一个G值,被随后历届的国际科学技术数据委员会(CODATA)录用。科学探索的脚步没有就此止步,该团队对实验方案进行了一系列优化以及对各项误差进行更深入的研究,又历时十年,于2009年发表了新的结果,相对精度达到26ppm。该结果是当时采用扭秤周期法得到的最高精度的G值,也被随后的历届CODATA所收录命名为HUST-09。如今,又经过一个十年的沉淀,罗俊院士团队再次一鸣惊人,采用两种不同方法测G,给出了目前国际上最高精度的G值,相对不确定度优于12ppm,实现了对国际顶尖水平的赶超。罗俊院士团队所在的华中大引力中心在短短30多年里,从无到有,从有到强,逐步走向世界前沿,被国际同行称为“世界的引力中心”。
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在学界,G值的测量原理早已十分明确,但测量过程却异常繁琐、复杂。在一种测量方法中,往往包含近百项的误差需要评估。本次实验中,为了增加测量结果的可靠性,实验团队同时使用了两种独立的方法,分别是扭秤周期法和扭秤角加速度反馈法。这两种实验方法虽已不再新奇,但与两种方法相关的装置设计及诸多技术细节均需团队成员自己摸索、自主研制完成。在此过程中一批高精端的仪器设备被研发,且其中很多仪器已在地球重力场的测量、地质勘探等方面发挥重要作用。如团队发展的精密扭秤技术已经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方面,这些仪器将为精密重力测量国家重大科技基础设施以及空间引力波探测——“天琴计划”的顺利实施奠定良好的基础。
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