基于雙球體吸引質(zhì)量的扭秤周期法測量牛頓引力常G.pdf

1、Cavendish 1798年采用扭秤取得歷史上第一個牛頓引力常數(shù)G的測量值以來，人們在這一領(lǐng)域內(nèi)做出了艱苦卓絕的努力，將不斷發(fā)展的近代科學(xué)技術(shù)與巧妙的實驗設(shè)計相結(jié)合，力求得到精確可靠的結(jié)果。然而由于實驗技術(shù)上的困難，在其他基本物理量常數(shù)的精度均已達到1ppm以下時，G的精度仍然停留在100ppm的水平上。不僅如此，世界上各個實驗小組的測量結(jié)果之間的吻合程度總是差于其各自的標稱精度。這暗示著目前的測G實驗中，可能存在未被認識的系統(tǒng)誤差。

2、
　　 我們實驗室于1998年利用扭秤周期法得到了一個相對精度為105ppm的G值。該結(jié)果被CODATA98收錄并命名為HUST-99。但后來的詳細分析發(fā)現(xiàn)HUST-99實驗中存在圓柱體密度分布不均以及空氣浮力的影響。為了進一步提高G值的測量精度，我們在HUST-99實驗的基礎(chǔ)上提出了新的實驗方案。新的實驗方案不僅克服了HUST-99實驗中存在的系統(tǒng)誤差，并且由于一系列技術(shù)上的改進，使得各個幾何參量的測量精度有了較大提高：例如利

3、用紅外傳感器測量使得回轉(zhuǎn)臺中心的定位精度達到2μm；利用改進的旋轉(zhuǎn)量塊法使得吸引質(zhì)量球面間距測量精度達到0.06μm以及吸引質(zhì)量球直徑的測量精度達到0.3μm以下；利用紅外傳感器測量以及水準儀監(jiān)測使得扭秤的水平定位精度達到13μm；利用自準直儀以及一系列的標準傳遞使得扭秤和吸引質(zhì)量球心連線之間的夾角的測量精度達到91μrad等等，這樣幾何參量貢獻給測G的測量不確定度從HUST-99實驗的73ppm降低至11ppm。此外，盡管新方案中周期

4、變化量比HUST-99實驗要小了近300倍，但是同樣歸功于一系列技術(shù)的改進，如基頻信號的高精度提取方法，磁阻尼隔振系統(tǒng)的采用，實驗環(huán)境溫度效應(yīng)的修正，靜電作用的補償以及A-B-A方法的引進等等，使得扭秤系統(tǒng)的周期穩(wěn)定性以及周期測量精度有了較大提高，其引入的不確定度由HUST-99實驗的75ppm降低至14ppm。
　　 除了這些技術(shù)上的改進外，為了減小人為主觀因素對實驗結(jié)果的干擾，我們在組內(nèi)采取了”雙盲”法則，即由不同的實驗者按