물리학자들은 10년 동안 중력 상수 G를 측정하려고 했지만, 여전히 일관된 값을 얻지 못했습니다

미국 NIST에서 측정한 중력 상수의 새로운 결과

* 미국 국립표준기술연구소(NIST)의 물리학자들이 10년간 진행된 중력 상수 G 측정 실험을 마쳤다. 얻은 값은 이전 프랑스 결과와 국제 기준값 모두와 다르며, 동시에 이전에 고려되지 않았던 현상이 발견되어 서로 다른 측정값 간의 차이를 설명할 수 있을 것으로 보인다.*

'큰 G'란 무엇인가?
중력 상수 G는 두 질량 사이의 인력을 기술한다. 이는 물리학의 기본 상수 중 하나이지만, 정확한 값은 200년 이상 논쟁의 대상이다. 중력은 네 가지 기본 상호작용 중 가장 약하기 때문에 실험실에서 높은 정밀도로 측정하는 것은 매우 어렵다.

현재까지는 서로 다른 연구팀에 의해 얻어진 16개의 실험적 G 값이 존재한다. NIST 물리학자 스테판 슐라밍거(Stephan Schlamminger)가 *Refractor*에 언급한 바와 같이, "데이터가 크게 분산되어 있으며 오차는 약 10⁻⁶ 정도이다."

왜 프랑스 실험을 선택했나?
새로운 측정을 수행하는 대신 슐라밍거 팀은 2014년에 국제국가측정기구(BIPM)에서 진행된 실험을 재현하기로 했다. 이 실험은 가장 큰 편차를 보인 G 값 중 하나였으며, 반복함으로써 숨겨진 체계적 오류를 발견할 수 있었다.

* 장비는 대서양을 건너 미국 메릴랜드 주 게터스버그에 있는 NIST 연구소로 옮겨졌다.
* 작업은 2016년에 시작되어 10년간 지속되었다.

결과
얻은 값:

\[

G = (6.67387 \pm 0.00038) \times 10^{-11}\; \text{m}^3\,\text{kg}^{-1}\,\text{s}^{-2}

\]

이 수치는 원래 프랑스 결과보다 0.0235 % 낮다. 다른 기본 상수들이 소숫점 이하 수십 자리까지 정밀하게 측정된 상황에서, 이러한 차이는 여전히 중요하다.

발견된 오류 원인
주요 발견은 잔여 공기 효과이다. 장비가 작동할 때 챔버를 진공 상태로 만들지만 완전히 공기를 제거하는 것은 불가능하다. "항상 소량의 공기가 남아 있으며, 이를 잔여 압력이라고 부른다"고 슐라밍거는 설명한다. 이 남은 가스 환경이 시스템에 미세한 힘을 가하며, 이전 실험에서는 고려되지 않았다.

이 요인은 전 세계적으로 G 측정 결과가 일관되지 않는 이유를 이해하는 열쇠가 될 수 있다.

다음 단계
슐라밍거는 아직 이 발견을 다른 모든 실험에 적용할 준비가 되지 않았다. "각 실험을 개별적으로 검토하고 실제로 무엇이 수행되었는지를 파악해야 한다"고 그는 말한다. 새 값은 CODATA(2018) 권장값보다 약간 낮지만, 차이의 정확한 원인은 아직 밝혀지지 않았다.

"우리는 이것이 여러 효과와 관련이 있을 수 있다고 생각하지만, 구체적으로 어떤 것이 결과에 영향을 미치는지는 아직 확인되지 않았다"고 과학자는 정리했다.