Các nhà vật lý đã cố gắng đo hằng số hấp dẫn trong mười năm và lại không đạt được một giá trị duy nhất của “G lớn”.

Kết quả mới của phép đo hằng số hấp dẫn từ NIST

*Các nhà vật lý tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) ở Hoa Kỳ đã hoàn thành một thí nghiệm kéo dài mười năm để đo hằng số hấp dẫn G. Giá trị thu được khác biệt so với kết quả của Pháp trước đây cũng như giá trị tham chiếu quốc tế, nhưng đồng thời phát hiện ra một hiện tượng chưa từng được ghi nhận trước đó, có thể giải thích những sai lệch giữa các phép đo khác nhau.*

Điều gì là “G lớn”?

Hằng số hấp dẫn G mô tả lực hút giữa hai khối lượng. Đây là một trong những hằng số cơ bản của vật lý, nhưng giá trị chính xác của nó vẫn đang được tranh luận hơn 200 năm. Hấp dẫn là lực yếu nhất trong bốn lực tương tác cơ bản, vì vậy việc đo độ chính xác cao trong phòng thí nghiệm rất khó khăn.

Tính đến nay đã có 16 giá trị thực nghiệm G, thu được bởi các nhóm nhà khoa học khác nhau. Như nhà vật lý NIST Stephen Schlamminger (Stephan Schlamminger) của tạp chí *Refractor* đã chỉ ra, “dữ liệu bị phân tán mạnh và sai số khoảng 10⁻⁶ phần trăm”.

Tại sao chọn thí nghiệm Pháp?

Thay vì tiến hành một phép đo mới, nhóm của Schlamminger quyết định tái hiện thử nghiệm năm 2014 được thực hiện tại Viện Quốc tế Định lượng (BIPM) ở Pháp. Thí nghiệm này cho ra một trong những giá trị G lệch nhất, do đó việc lặp lại có thể phát hiện các lỗi hệ thống chưa được nhận biết.

* Thiết bị đã được chuyển qua Đại Tây Dương đến phòng thí nghiệm NIST tại Gaithersburg, Maryland.
* Công việc bắt đầu vào năm 2016 và kéo dài mười năm.

Kết quả

Giá trị thu được:

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

Số này thấp hơn 0,0235 % so với kết quả Pháp ban đầu. Trong bối cảnh các hằng số cơ bản khác được đo chính xác đến hàng chục chữ số thập phân, sự sai lệch này vẫn là đáng kể.

Nguồn lỗi đã phát hiện

Phát hiện quan trọng nhất là hiệu ứng khí còn lại. Khi thiết bị hoạt động, phòng kính được hút chân không, nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn không khí. “Luôn luôn tồn tại một lượng nhỏ không khí – đó là áp suất còn lại mà ta gọi là ‘độ bão hòa’,” giải thích Schlamminger. Môi trường khí còn lại này tác động nhẹ lên hệ thống, điều mà các thí nghiệm trước đây chưa tính đến.

Yếu tố này có thể trở thành chìa khóa để hiểu nguyên nhân của sự không nhất quán trong các phép đo G trên toàn thế giới.

Tiếp theo là gì?

Schlamminger hiện chưa sẵn sàng áp dụng phát hiện này cho tất cả các thí nghiệm khác. “Chúng ta cần xem xét từng thử nghiệm riêng biệt và hiểu rõ những gì đã được thực hiện trong đó,” anh nói. Giá trị mới hơi thấp hơn mức khuyến nghị CODATA (2018), nhưng nguyên nhân chính xác của sự sai lệch vẫn chưa được xác định.

“Cho tới nay, chúng tôi cho rằng điều này có thể liên quan đến một loạt các hiệu ứng, tuy nhiên cụ thể những hiệu ứng nào ảnh hưởng đến kết quả thì vẫn chưa rõ,” nhà khoa học kết luận.