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【乐白家手机客户端】物理学院引力中心团队给

2019-11-21 作者:国际学校   |   浏览(65)

  邵成刚教授是物理学院培养多年的优秀青年教师,自1999年便加入罗俊院士带领的精密引力实验研究团队,一直从事引力理论与实验研究方面的工作。他在引力研究方面取得了一系列成果,引起国内外相关学者的广泛关注,启发了不少后续研究。该工作得到了国家973计划、自然科学基金、“111”计划及华中科技大学等各方面的支持。

  2007年,该团队成功实现了最近间距在176微米下的牛顿反平方定律的实验检验,在95%的置信水平下,实验结果验证了牛顿反平方定律在作用程大于66微米范围内的正确性,并否定了弱电统一破缺能量标度为1 TeV时在亚毫米范围可能存在两个额外维的理论预言。该结果与当时国际上的最好水平接近。

杨山清 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室

编辑:闻菲、大明、肖琴

  8月11日,物理学权威学术期刊《物理评论快报》在线发表物理学院引力中心团队利用近距离引力实验探索洛伦兹破缺效应的最新研究成果《近距离引力中洛伦兹破缺的联合探究》。

  2012年,在解决了静电屏蔽、磁屏蔽以及高精度的引力补偿等问题后,该团队经过近5年的努力,将国际上毫米区间的结果提高了近8倍,达到国际领先水平。

8月30日凌晨,Nature刊发了中科院院士罗俊团队历经30年最新测定的万有引力常数G值的结果,是迄今国际上最高精度的G值。实验使用了两种单独的G值测量方法,相关装置和细节均由团队自主研制完成,Nature刊文评论称,这项实验可谓“精确测量领域卓越工艺的典范”。万有引力常数G是最难测量的常数之一,确定G值对于检验万有引力和深入研究引力相互作用有重大意义,团队开发的技术和设备也已用于空间探索及引力波探测相关研究。

  • 黎卿 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室
  • 薛超 中山大学天琴引力物理研究中心,中山大学物理与天文学院
  • 刘建平 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室
  • 邬俊飞 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室
  • 杨山清 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室
  • 邵成刚 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室
  • 全立地 湖州大学工程学院
  • 谭文海 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室
  • 涂良成 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室
  • 刘 祺 中山大学天琴引力物理研究中心,中山大学物理与天文学院
  • Hao Xu 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室
  • 刘林霞 河南科技学院教学研究评估中心
  • 王晴岚 湖北汽车工业大学理学院
  • 胡忠坤 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室
  • 周泽兵 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室
  • 罗鹏顺 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室
  • 吴书朝 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室
  • Vadim Milyukov 莫斯科国立大学斯科斯特恩伯格天文研究所
  • 罗俊 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室,中山大学天琴引力物理研究中心,中山大学物理与天文学院

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  2016年,在解决了驱动的干扰信号及引力的双补偿设计以后,将扭秤的灵敏度提高到了2E-17 Nm的超高水平,并在160微米处将当前国际最好水平提高了2倍,达到国际领先水平,为该问题的理论研究提供了实验参考。

邬俊飞 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室

在TOS方法中,摆锤是Al涂层的熔融石英块,尺寸为91×11×31立方毫米,质量约为68g。摆锤由薄的熔融石英纤维悬挂,直径为40-60μm,长度为900mm。磁阻尼器通过50毫米长、80微米直径的钨纤维悬挂。使用两个平均直径为57.2mm且真空、质量为778g的SS316不锈钢球作为源质量。

  自然界存在着四种基本相互作用力,其中强、弱和电磁三种相互作用力由粒子物理的标准模型描述,引力相互作用由广义相对论描述,但它比其它三种基本相互作用力要弱得多,这导致人们对引力本质的认识非常有限。广义相对论作为一个经典理论,它与量子力学虽然并未完全融合,但人们相信存在一个更基本的量子引力理论,用它可以统一地描述引力与量子物理。作为广义相对论重要基础的局域洛伦兹不变性,实质上是指在一个自由下落框架下的转动和推动对称性。然而,若要实现引力与量子物理的统一,如潜在的统一理论--弦理论中,广义相对论的基石需要被修改,这些修改可能导致可观测的洛伦兹不变性破缺效应。因此,引力的洛伦兹对称性实验检验为人们提供了新的视角来探究广义相对论之外的物理结构。

  3月31日,物理学权威学术期刊《物理评论快报》在线发表物理学院引力中心团队在检验牛顿反平方定律实验中的最新研究成果《亚毫米范围引力反平方定律的实验检验》。物理学院2009级博士生谭文海为第一作者,杨山清副教授、罗俊院士为共同通讯作者。

在TOS方法中,摆锤是Al涂层的熔融石英块,尺寸为91×11×31立方毫米,质量约为68g。摆锤由薄的熔融石英纤维悬挂,直径为40-60μm,长度为900mm。磁阻尼器通过50毫米长、80微米直径的钨纤维悬挂。使用两个平均直径为57.2mm且真空、质量为778g的SS316不锈钢球作为源质量。

根据《科技日报》报道,论文的通讯作者之一、团队核心成员、华中科技大学引力中心杨山清教授感慨:“从上世纪80年代罗俊院士开始进行万有引力常数G的精确测量实验研究至今,他已将其看作是毕生的事业,几十年如一日地在华中科技大学山洞实验室工作。罗院士不仅给我们提供了方向的指引,同时以身作则,对实验过程中的每个重要阶段他都主动带领团队成员一起分析、讨论并指导大家做实验。一批兼具理论与实践能力的优秀人才在此过程中得以成长。”

  该论文的第一作者为物理学院邵成刚教授,第二作者为学院2014级博士生谈玉杰,罗俊院士、西澳大学Michael Edmund Tobar教授、印第安纳大学J.C. Long教授和印第安纳大学V. Alan Kostelecký教授为共同通讯作者。

  自2002年以来,引力中心团队就致力于采用精密扭秤技术检验两个非常近距离下平板间的牛顿引力定律。由于引力非常微弱,因而要检验引力的破缺效应需要克服各种干扰因素,困难重重。研究团队利用我校人防山洞实验室天然恒温、震动小、外部干扰少等优越的条件,在先后解决了两个平板间的静电干扰、扭秤的电容反馈控制、同步引力标定及地面震动影响等关键技术问题后,该团队先后取得了一系列重要结果,并实现了我国在该领域由跟跑到领跑。

万有引力常数是一个实验物理常数,用于计算两个物体间的引力大小。 通常出现在牛顿万有引力方程和爱因斯坦广义相对论中。 一般用大写G表示。

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  引力中心研究团队提出:将国际上多个近距离引力实验联合起来分析,有望对各个破缺系数给出独立的限制。该团队自2000年以来就致力于采用精密扭秤技术检验两个非常近距离下平板间的牛顿引力定律。经过十几年的努力,该团队将毫米及亚毫米区间上牛顿引力定律的检验均做到了国际领先水平。2016年,在引力中心团队给出牛顿反平方定律检验实验的最新高精度结果HUST-2015131101)后,该团队同时结合他们2012年的实验结果HUST-2011,及印第安纳大学的实验结果,进行了一个联合的数据分析。首次实现了对14个洛伦兹破缺系数的独立测量,在10-9m2的水平下仍然没有观测到洛伦兹破缺效应,这是目前国际上给出的最好的洛伦兹破缺系数限制,该成果的取得是引力中心开展国际合作研究的典型事例。

  论文链接:

黎卿 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室

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  在地面实验中,亚毫米尺度下的近距离实验为探究纯引力部分的洛伦兹破缺提供了极大的方便。在理论分析上,有效场理论表明洛伦兹破缺等效系数有14个独立自由度。我校和印第安纳大学在2015年根据各自早期的近距离实验结果分别在10-7到10-8m2水平对这些破缺系数给出了限制。然而,任何一个近距离的实验均只能测量9个信号分量,不能同时限制14个破缺系数。

  杨山清副教授是物理学院培养多年的青年教师,2003年至2009年在物理学院硕博连读,师从罗俊院士开展精密引力实验研究。2009年至2013年在物理学院和电信系从事博士后研究,2013年留校任教至今。该研究工作先后得到了国家自然科学基金、“973计划”及华中科技大学等各方面的支持。

胡忠坤 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室

万有引力常数是一个实验物理常数,用于计算两个物体间的引力大小。 通常出现在牛顿万有引力方程和爱因斯坦广义相对论中。 一般用大写G表示。

  将自然界中四种基本相互作用采用一个统一理论来描述一直是物理学家们追求的梦想,为此理论物理学家们提出了各种理论模型,如大额外维理论、弦理论等,但这些理论均要求一些基本物理常数不是真正的“常数”、作为广义相对论基本假设之一的等效原理破缺、两个物体之间的引力与距离平方成反比的牛顿万有引力定律在近距离下破缺等等。理论模型的正确与否需要实验检验,高精度的引力实验检验有助于人们更深刻地认识引力的本质。

根据《科技日报》报道,论文的通讯作者之一、团队核心成员、华中科技大学引力中心杨山清教授感慨:“从上世纪80年代罗俊院士开始进行万有引力常数G的精确测量实验研究至今,他已将其看作是毕生的事业,几十年如一日地在华中科技大学山洞实验室工作。罗院士不仅给我们提供了方向的指引,同时以身作则,对实验过程中的每个重要阶段他都主动带领团队成员一起分析、讨论并指导大家做实验。一批兼具理论与实践能力的优秀人才在此过程中得以成长。”

2009年,团队又发表了新的测量结果,相对精度达到26ppm,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。

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Vadim Milyukov 莫斯科国立大学斯科斯特恩伯格天文研究所

F=G(m₁m₂)/r²,其中G是万有引力常数

转盘用于改变球体在“近”和“远”方位间的位置。安装在摆锤和球体之间的空心镀金铝圆柱体,用于保护系统免受静电场的影响。摆锤和源质量块放置在同一真空室内,通过离子泵维持约10的负5次方Pa的压力,摆锤扭转由光学杠杆监控。

责任编辑:

Nature同时刊发了Stephan Schlamminger的评论文章,Schlamminger在美国马里兰州盖瑟斯堡的国家标准与技术研究所基础电气测量小组工作。文章指出,控制重力相互作用强度的引力常数G很难准确测量。这也说明了罗俊院士团队以记录精度测量重力是一项了不起的成就。

多年来,科学家们已经开发了许多技术,利用扭转平衡来测量引力常数G。在这次实验中,罗俊院士团队构建了两个基于不同测量技术的薄板扭转平衡秤:分别基于摆动时间方法和角加速度反馈方法。

来源:Nature、科技日报

1798年,科学家亨利·卡文迪什首次在实验室中使用一种称为扭秤的装置来确定引力常数G。在卡文迪什的实验中,它由一个哑铃组成,由细纤维悬挂在其中心。重力作用于哑铃末端,方向垂直于哑铃的杆和纤维的轴线。这种力导致哑铃围绕该轴旋转,导致纤维发生扭曲。

在TOS方法中,板的旋转是振荡的。当外部质量配置不同时,由振荡速度的变化计算出G。而在AAF方法中,使用两个转盘分别旋转扭转平衡秤和外部质量。当光纤的扭曲减小到零时,G由与扭转平衡秤相连的转盘的角加速度来确定。

王晴岚 湖北汽车工业大学理学院

转盘用于改变球体在“近”和“远”方位间的位置(上图显示为“近”;在“远”的摆放位置中,转盘旋转90°)。安装在摆锤和球体之间的空心镀金铝圆柱体,用于保护系统免受静电场的影响。摆锤和源质量块放置在同一真空室内,通过离子泵维持约10的负5次方Pa的压力,摆锤扭转由光学杠杆监控。

最终,纤维的扭转力平衡了重力。记录哑铃在该位置的旋转角度。然后沿相反方向施加重力并测量第二旋转角度。从这两个角度之间的差计算出G的大小。

新智元AI WORLD 2018大会倒计时 20

使用两种测量万有引力常数装置,技术及细节全部自主研制

1798年,科学家亨利·卡文迪什(Henry Cavendish)首次在实验室中使用一种称为扭秤的装置来确定引力常数G。在卡文迪什的实验中,它由一个哑铃组成,由细纤维悬挂在其中心。重力作用于哑铃末端,方向垂直于哑铃的杆和纤维的轴线。这种力导致哑铃围绕该轴旋转,导致纤维发生扭曲。

在扭转平衡实验中,重力由精确质量的外部组件提供。这些质量组件在两个或更多个不同位置之间移动,以改变力的方向和大小。因为哑铃在水平面上旋转,所以地球引力对实验的影响可以忽略不计。

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历经30年,测量迄今国际上精度最高的万有引力常数G值!

全立地 湖州大学工程学院

新智元AI Era创新产品入围名单和创新人物入围名单已经进入读者票选和专家评选环节。

从上世纪80年代就已开始,罗俊院士团队就采用扭秤技术精确测量万有引力常数G,历经10多年的努力,在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录用。

Hao Xu 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室

新智元尝试着将论文的图说翻译如下:

论文地址:

为了确保结果的精确性,罗俊院士团队这次使用了两种独立的传统引力测量方法,分别是扭秤周期法(TOS)和扭秤角加速度反馈法(AAF),并得到了两个结果:6.674184×10-11和6.674484×10-11立方米/千克/秒,相对精度大约为11.6ppm。(之前使用AAF方法获得的G的不确定性最低记录为13.7ppm。)

刘建平 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室

【新智元导读】北京时间8月30日凌晨,Nature刊发了中科院院士罗俊团队历经30年最新测定的万有引力常数G值的结果,是迄今国际上最高精度的G值。实验使用了两种单独的G值测量方法,相关装置和细节均由团队自主研制完成,Nature刊文评论称,这项实验可谓“精确测量领域卓越工艺的典范”。万有引力常数G是最难测量的常数之一,确定G值对于检验万有引力和深入研究引力相互作用有重大意义,团队开发的技术和设备也已用于空间探索及引力波探测相关研究。

在AAF方法中,摆锤是镀金的熔融石英块,尺寸为91×4×50立方毫米,真空质量为40g。主光纤由钨纤维制成,长870毫米,直径25微米。磁阻尼器的设计与TOS方法相同。四个平均直径为127.0毫米、真空质量为8541克的SS316不锈钢球,用作位于具有上层和下层的ULE材料架上的源质量块。摆锤的小偏转角由自动准直仪记录。带有摆锤的腔室悬挂在一个空气轴承转盘下面,转盘与下方放置源质量块的转盘同轴安装。这套设备位于山洞实验室的被动保温室中。

论文地址:

2009年,团队又发表了新的测量结果,相对精度达到26ppm,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。

1687年,牛顿发现了万有引力定律:两个质点彼此之间相互吸引的作用力,是与它们的质量乘积成正比,并与它们之间的距离成平方反比。用公式表示如下:

万有引力是四种基本力中最弱的一种。在太空星球间测量,比如地球和月球,这个力可能相当大。但如果是在实验室里,万有引力可能太小而无法准确测量。例如,两个相隔1米的1千克物体之间的引力仅相当于一些生物细胞的重量。由于这个原因,对这一引力的强度进行量化的引力常数G是最难以确定的物理常数之一。

如今,罗俊团队再次一鸣惊人,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 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室,中山大学天琴引力物理研究中心,中山大学物理与天文学院

卡文迪什实验中使用的扭秤

新智元尝试着将论文的图说翻译如下:

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万有引力是四种基本力中最弱的一种。在太空星球间测量,比如地球和月球,这个力可能相当大。但如果是在实验室里,万有引力可能太小而无法准确测量。例如,两个相隔1米的1千克物体之间的引力仅相当于一些生物细胞的重量。由于这个原因,对这一引力的强度进行量化的引力常数G是最难以确定的物理常数之一

薛超 中山大学天琴引力物理研究中心,中山大学物理与天文学院

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1687年,牛顿发现了万有引力定律:两个质点彼此之间相互吸引的作用力,是与它们的质量乘积成正比,并与它们之间的距离成平方反比。用公式表示如下:

多年来,科学家们已经开发了许多技术,利用扭转平衡来测量引力常数G。在这次实验中,罗俊院士团队构建了两个基于不同测量技术的薄板扭转平衡秤:分别基于摆动时间方法(TOS,下图左)和角加速度反馈方法(AAF)。

邵成刚 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室

最终,纤维的扭转力平衡了重力。记录哑铃在该位置的旋转角度。然后沿相反方向施加重力并测量第二旋转角度。从这两个角度之间的差计算出G的大小。

如今,罗俊团队再次一鸣惊人,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。

在扭转平衡实验中,重力由精确质量的外部组件提供。这些质量组件在两个或更多个不同位置之间移动,以改变力的方向和大小。因为哑铃在水平面上旋转,所以地球引力对实验的影响可以忽略不计。

,其中G是万有引力常数

从上世纪80年代就已开始,罗俊院士团队就采用扭秤技术精确测量万有引力常数G,历经10多年的努力,在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。

卡文迪什实验中使用的扭秤

原标题:历时30年探索牛顿之谜,中国科学家测出迄今最高精度万有引力常数值!

刘 祺 中山大学天琴引力物理研究中心,中山大学物理与天文学院

北京时间今天凌晨,Nature刊发了中科院院士罗俊团队最新测量的万有引力常数G值结果,这也是目前国际精度最高的G值,对于计量学和检测万有引力定律及一系列相关的空间引力探索都具有十分重大的意义。

刘林霞 河南科技学院教学研究评估中心

Nature同时刊发了Stephan Schlamminger的评论文章,Schlamminger在美国马里兰州盖瑟斯堡的国家标准与技术研究所基础电气测量小组工作。文章指出,控制重力相互作用强度的引力常数G很难准确测量。这也说明了罗俊院士团队以记录精度测量重力是一项了不起的成就。

周泽兵 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室

现在,亲爱的读者朋友们,神圣的选票就在你们手中。请从下列 30 位候选人中选出10位2018年AI创新人物,从30个候选产品中选出10个2018年AI创新产品(候选者按照姓名汉语拼音首字母排序)。

为了确保结果的精确性,罗俊院士团队这次使用了两种独立的传统引力测量方法,分别是扭秤周期法和扭秤角加速度反馈法,并得到了两个结果:6.674184×10-11和6.674484×10-11立方米/千克/秒,相对精度大约为11.6ppm。

在AAF方法中,摆锤是镀金的熔融石英块,尺寸为91×4×50立方毫米,真空质量为40g。主光纤由钨纤维制成,长870毫米,直径25微米。磁阻尼器的设计与TOS方法相同。四个平均直径为127.0毫米、真空质量为8541克的SS316不锈钢球,用作位于具有上层和下层的ULE材料架上的源质量块。摆锤的小偏转角由自动准直仪记录。带有摆锤的腔室悬挂在一个空气轴承转盘下面,转盘与下方放置源质量块的转盘同轴安装。这套设备位于山洞实验室的被动保温室(passive thermal room)中。

罗鹏顺 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室

使用两种测量万有引力常数装置,技术及细节全部自主研制

吴书朝 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室

在TOS方法中,板的旋转是振荡的。当外部质量配置不同时,由振荡速度的变化计算出G。而在AAF方法中,使用两个转盘分别旋转扭转平衡秤和外部质量。当光纤的扭曲减小到零时,G由与扭转平衡秤相连的转盘的角加速度来确定。

谭文海 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室

涂良成 华中科技大学物理学院, 基本物理量测量教育部重点实验室, 引力与量子物理湖北省重点实验室

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