万有引力常数 中大罗俊团队核心成员揭秘最精确万有引力常数G测量过程

8月30日，《自然》发表了中国科学院院士、中山大学校长罗俊对引力常数G值的最新测量结果。这是目前国际精度最高的G值，已经超过了国际顶级水平。昨日，南方日报记者赶赴珠海，在中山大学秦天中心采访团队核心成员，揭示这一世界级成就的研究过程。

该论文的第一作者之一、中山大学秦天中心特别助理研究员薛超说:“研究结果将重力常数G的精确度从小数点后三位提升到了小数点后四位。正是这个数字凝聚了30多年的团队成员。”

与5微米的误差竞争了几年

精确测量引力常数g有助于人类更好地了解天体和地球本身。但由于变量太多，扰动太多，引力常数G被公认为最难测量的物理常数之一。

薛超介绍:“引力测量实验对环境要求很高。温度和湿度的波动，行人带来的震动和气流，甚至开了几百米远的车都有可能干扰实验。”为了减少干扰，1983年，罗俊院士在华中科技大学于家山的一个国防空洞建立了一个实验室，至今已使用30多年。2015年，罗俊院士接任中山大学校长，秦天项目来到中山大学。

当年，罗俊院士除了吃饭睡觉，其他时间都在实验室里度过。由于长期缺乏阳光，罗俊院士患有皮肤病，脸上出现白斑，随后慢慢康复。

为了创造理想的实验条件，团队使用的许多仪器需要由成员自己设计、组装和调试。四个直径约为127毫米的非磁性不锈钢球用于扭转标度角加速度反馈实验。为了保证球内质量分布均匀，团队考察了很多供应商，最终选择了一家。

不锈钢球送出后，薛超又犯了一个错误:肉眼看起来非常光滑的球表面，在仪器测试下有5微米的高度差。“一根头发的直径约为100微米，我们的目标是将高度差控制在1微米，难度可想而知。供应商处理不了，只好自己想办法。”

中山大学秦天中心特别助理研究员刘琦表示，经过研究和讨论，团队邀请了一位经验丰富的机械师用手打磨不锈钢球的表面。人力太缺的时候，组员会自己动手打磨。经过几年与不锈钢球的“竞争”，团队终于做出了一批表面光滑、质量均匀、类似于理想球的实验仪器。

最珍贵的是30多年经验的传承

实际上，G值的测量原理在学术界早已明确，但测量过程极其复杂，被国外学者评价为“精密测量领域的典范”。在一种测量方法中，总有数百个误差需要评估。

为了提高测量结果的可靠性，本实验采用了两种独立的方法:扭转平衡周期法和扭转平衡角加速度反馈法。虽然这两种实验方法已经不再新颖，但是器件设计以及与这两种方法相关的很多技术细节都需要团队成员去探索和独立开发。

在这个过程中，留下了一个规模达几十人的引力物理领域的“梦之队”，在各自的研究方向上取得了世界级的成就。薛超感慨地说:“我们使用的所有实验方法都是团队30多年来探索和传承下来的。老师的教诲，兄弟们的经历，才是这里最珍贵的东西。”

基础物理研究是个“苦差事”，研究过程有点枯燥，结果也不容易被大众理解。这是薛超加入罗俊院士团队的第10年，但他似乎越来越喜欢它了。

基础物理研究也不是完全理论化的。正如该论文的通信作者之一杨教授所说:“在设计实验的过程中，开发了许多高精度的仪器和设备，其中许多在地球重力场的测量和地质勘探中发挥了重要作用。”刘淇表示，本次实验的相关结果可以用于惯性传感器技术，这对秦天计划的顺利实施起到了重要作用。