精确测定万有引力常数的新方法

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1、30天津理工大学2015届本科毕业设计说明书精确测定万有引力常数的新方法摘要一个落地的苹果让站在树下的牛顿发现了万有引力，形成了它的引力理论。其中万有引力常数“G”是一个在理论物理、天体物理和地球物理、宇宙学中占有重要地位的基本常数，它的精确测量在实验物理学中也有着至关重要的地位。尽管两个多世纪以来科学家竭尽全力测量“G”的精确值，但是它的测量精度仍然是物理学基本常数中最差的。以前科学家大都采用卡文迪许的扭秤实验或者其某种变形来进行测量，然而扭秤是一个复杂的系统，很难找出所有可能存在的误差。而我们的实验采用了一个全

2、新的方法，用超冷“铷原子喷泉”和原子干涉仪装置来测得了这一常数，避免了扭秤试验中一些不可预知的误差。通过测量铷原子和重达的钨圆柱体阵列之间及其微小的万有引力，我们得到的“G”值为，该结果的不确定性是0.015%——这个值仅仅比传统的方法大一点点。关键词：引力常数原子态精密测量铷原子喷泉原子干涉仪不确定性30天津理工大学2015届本科毕业设计说明书NewmethodtomeasureprecisegravitationalconstantABSTRACTLetstandalandingappletreeNewtond

3、iscoveredgravity,itformedatheoryofgravitation.ThegravitationalconstantGisaintheoreticalphysics,astrophysics,andearthoccupiesanimportantpositionofthebasicconstantsinphysics,cosmology,accuratemeasurementofitalsohaveavitalroleinphysicsexperiment.Althoughmorethant

4、wocenturiessincescientistshavetriedveryhardtheexactvalueofthemeasurement"g",butitsmeasurementaccuracyisstilltheworstofthefundamentalphysicalconstants.BeforescientistsmostlyadopttheCavendishtorsionbalanceexperimentoritssomekindofdeformationmeasurement,torsionba

5、lanceisacomplexsystem,however,itisdifficulttofindallpossibleerror.Ourexperimentsusinganewmethod,usingultra-cold"rubidiumatomicfountain"andatomicinterferometerapparatustomeasuregotthisconstant,avoidingthetorsionbalancetestsomeunpredictableerrors.Bymeasuringbetw

6、eenrubidiumatomsandtungstencylinderarrayweighsitstinygravity,wegetthe"G"istheresultoftheuncertaintyof0.015%-Thisvalueisonlyalittlelargerthantraditionalmethods.30天津理工大学2015届本科毕业设计说明书Keywords:GravitationalconstantUncertaintyPrecisionMeasurementRubidiumatomicfoun

7、tainAtominterferometer30天津理工大学2015届本科毕业设计说明书目录第一章绪论11.1万有引力11.2万有引力常数1第二章测量方法的发展史32.1.“G”测量的历史32.1.1传统的测“G”方法概述32.1.2扭秤周期法32.2“G”测量的困难和测量现状52.2.1测量困难的原因52.2.2测量的现状5第三章与测量相关理论基础83.1原子喷泉的演示83.1.1.双喷泉83.2原子干涉仪133.2.1原子干涉仪的概况133.2.2原子干涉仪的工作原理14第四章实验内容194.1实验概况194.

8、1.1“G”测量的简单介绍194.1.2实验的原理194.1.3实验的结果214.2实验解析234.2.1实验的方法234.2.3模拟和测量系统25第五章结束语与展望275.1本文的工作总结275.2实验展望27参考文献29致谢30第一章30天津理工大学2015届本科毕业设计说明书第一章绪论人类在很早以前已经开始了对天体运动的研究，并且得出了行星运动的三条定