नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी) की वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने हाल ही में 10 साल के प्रयोग के परिणामों की घोषणा की, जिसने गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक "जी" को एक नया मूल्य दिया, जो भौतिकी में सबसे बुनियादी और सटीक मापने वाले स्थिरांकों में से एक है, और गुरुत्वाकर्षण माप की दीर्घकालिक "अशुद्धि" के संभावित कारण का खुलासा किया।
गुरुत्वाकर्षण प्रकृति में चार मूलभूत अंतःक्रियाओं में सबसे कमजोर है, जो इसे सटीक रूप से मापने के लिए सबसे कठिन भौतिक मात्राओं में से एक बनाता है। एनआईएसटी के भौतिक विज्ञानी स्टीफ़न श्लामिंगर ने कहा कि वैज्ञानिक समुदाय 200 से अधिक वर्षों से गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक पर नज़र रख रहा है, लेकिन मौजूदा 16 मुख्य माप परिणामों का फैलाव अभी भी बहुत बड़ा है, जिसमें प्रति मिलियन लगभग 10 भागों की विशिष्ट अनिश्चितता है, जो अन्य बुनियादी स्थिरांक के सटीकता स्तर से बहुत कम है।
गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक, जिसे भौतिकी समुदाय द्वारा "बिग जी" के रूप में भी जाना जाता है, दो द्रव्यमानों के बीच गुरुत्वाकर्षण बल की ताकत का वर्णन करता है। जनता के दैनिक जीवन के लिए, जी में छोटे बदलावों का कोई प्रत्यक्ष प्रभाव नहीं होगा, लेकिन भौतिकविदों के लिए, जितना संभव हो सके इसके सटीक मूल्य को लॉक करने से गुरुत्वाकर्षण की प्रकृति को समझने और एकीकृत भौतिक सिद्धांत की खोज को बढ़ावा देने में मदद मिलेगी।
इस काम में, श्रैमिंगर की टीम ने पूरी तरह से उलटने और एक नया समाधान डिजाइन करने के बजाय प्रयोगात्मक पथ को दोहराने का विकल्प चुना। उन्होंने 2014 में फ्रांस में इंटरनेशनल ब्यूरो ऑफ वेट एंड मेजर्स (बीआईपीएम) में आयोजित एक प्रसिद्ध गुरुत्वाकर्षण निरंतर प्रयोग में उपयोग किए गए उपकरणों के उसी सेट को फ्रांस से गेथर्सबर्ग, मैरीलैंड, यूएसए में एनआईएसटी प्रयोगशाला में पहुंचाया, प्रयोग को विभिन्न वातावरणों में पुन: पेश करने और यह जांचने के प्रयास में कि क्या उस वर्ष के परिणामों में व्यवस्थित पूर्वाग्रह छिपे हुए थे।
2014 में बीआईपीएम प्रयोग ने उस समय के सबसे "विचलित" जी मूल्यों में से एक दिया था, इसलिए प्रतिकृति प्रयोग से ऐसे असामान्य परिणामों के पीछे के विवरण प्रकट होने की उम्मीद है। एनआईएसटी टीम ने आधिकारिक तौर पर 2016 में माप कार्य शुरू किया। पूरी परियोजना 10 वर्षों तक चली। यह न केवल एक वैज्ञानिक माप था, बल्कि अति-सटीक कमजोर बल माप प्रौद्योगिकी का दीर्घकालिक पॉलिशिंग भी था।
नवीनतम प्रकाशित आंकड़ों से पता चलता है कि टीम द्वारा दिया गया गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक का मान क्या है6.67387±0.00038×10−11m3kg−1s−2, सापेक्ष मानक अनिश्चितता है5.7×10−5. 2014 में बीआईपीएम प्रयोगात्मक परिणामों की तुलना में, यह मान लगभग 0.0235% कम है। उच्च परिशुद्धता माप के क्षेत्र में, इस अंतर को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है। साथ ही, परिणाम CODATA 2018 द्वारा अनुशंसित G मान से थोड़ा कम है, लेकिन विचलन के स्रोत को स्पष्ट रूप से समझाना अभी भी मुश्किल है।
इससे भी बड़ी सफलता यह है कि जब शोधकर्ताओं ने बार-बार प्रायोगिक स्थितियों का अनुमान लगाया, तो उन्होंने एक ऐसे कारक की खोज की जिसे पहले अक्सर नजरअंदाज कर दिया गया था - निर्वात कक्ष में अवशिष्ट हवा का प्रभाव। डिज़ाइन के अनुसार, जितना संभव हो हस्तक्षेप को खत्म करने के लिए, प्रयोग को लगभग पूर्ण वैक्यूम वातावरण में आयोजित करने की आवश्यकता है, लेकिन टीम ने पाया कि गैस को कैसे भी पंप किया जाए, गैस की थोड़ी मात्रा हमेशा कंटेनर में रहेगी, जिससे तथाकथित "वैक्यूम दबाव" बनेगा।
यह अवशिष्ट गैस प्रायोगिक उपकरण पर बहुत कम बल लगाएगी, जिससे अंतिम मापा जी मान प्रभावित होगा। हालाँकि, इस प्रभाव को पिछले कई प्रयोगों के विश्लेषण में व्यवस्थित रूप से शामिल नहीं किया गया है। श्रामिंगर ने बताया कि इस खोज से यह समझाने में मदद मिलने की उम्मीद है कि विभिन्न प्रयोगों द्वारा दिए गए जी मान लंबे समय से असंगत क्यों हैं, लेकिन निष्कर्ष निकालना अभी भी जल्दबाजी होगी। यह सत्यापित करने के लिए प्रत्येक प्रायोगिक योजना की एक-एक करके समीक्षा करना भी आवश्यक है कि वे अवशिष्ट गैस जैसे विवरणों को कैसे संभालते हैं।
नए परिणामों और मौजूदा मान्यता प्राप्त मूल्यों के बीच अंतर के बारे में बात करते समय, श्रैमिंगर ने कहा कि टीम वर्तमान में यह मानती है कि विचलन एक कारक के बजाय कई संचयी प्रभावों के सुपरपोजिशन से आ सकता है। हालाँकि, क्या प्रभाव और संबंधित भार अभी तक सटीक रूप से समाप्त नहीं हुए हैं। प्रासंगिक शोध पत्र मेट्रोलोजिया में प्रकाशित हुए हैं, जो मेट्रोलॉजी के क्षेत्र में एक पत्रिका है, और स्वतंत्र रूप से तथ्य-जांच की गई है।
इस कार्य से गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक पर बहस समाप्त नहीं हुई, लेकिन इसने समस्या की जटिलता को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित किया: भले ही इसमें दस साल लग गए, एक ही उपकरण का पुन: उपयोग किया गया, और विभिन्न प्रयोगशालाओं में सावधानी से काम किया गया, अंतिम जी मान अभी भी पिछले परिणामों से काफी अलग था। वैज्ञानिक समुदाय के दृष्टिकोण से, यह एक झटका और प्रेरणा दोनों है - यह शोधकर्ताओं को याद दिलाता है कि यदि वे इस "सबसे परिचित और अपरिचित" प्राकृतिक स्थिरांक को पूरी तरह से समझना चाहते हैं, तो अधिक से अधिक विस्तृत प्रयोग, दीर्घकालिक दृढ़ता और अधिक तीव्र त्रुटि पहचान क्षमताओं की आवश्यकता है।