Warum Gravitation die am schwersten zu fassende Kraft bleibt
Physiker versuchen seit Jahrhunderten, die Gravitationskonstante, bekannt als großes G, zu messen, und dennoch gibt es weiterhin keine stabile Einigung. Das ist bemerkenswert, weil G eine der grundlegendsten Zahlen der Physik ist. Doch anders als bei Messungen, die an Elektromagnetismus oder Quantensysteme gebunden sind, haben Experimente zur Gravitation immer wieder Werte ergeben, die nicht sauber miteinander übereinstimmen. Ein neues Ergebnis, auf das New Scientist hingewiesen hat, beendet den Streit zwar nicht, könnte aber einen der bislang stärksten Versuche darstellen zu zeigen, wie er sich schließlich eingrenzen lässt.
Die Schwierigkeit beginnt bei der Gravitation selbst. Sie ist weitaus schwächer als die anderen fundamentalen Kräfte, wodurch ihre Wirkung zwischen Laborobjekten extrem klein wird. Zugleich lässt sich Gravitation nicht abschirmen, wie sich manche anderen Einflüsse isolieren oder verringern lassen. Damit bleibt Experimentatoren nur die Aufgabe, winzige Signale unter Bedingungen zu erfassen, in denen die Hintergrundwirkung der Erde stets präsent ist und jede übersehene Fehlerquelle den Endwert verfälschen kann.
Eine moderne Rückkehr zu einem klassischen Instrument
Die neue Arbeit unter Leitung von Stephan Schlamminger vom US National Institute of Standards and Technology knüpft an die Torsionswaagen-Methode an, die erstmals 1798 von Henry Cavendish verwendet wurde. Im Grundprinzip werden kleine Massen so aufgehängt, dass die schwache Gravitationsanziehung benachbarter Objekte eine winzige Verdrehung erzeugt. Misst man diese Verdrehung mit äußerster Sorgfalt, lässt sich daraus die Stärke der Gravitation zwischen den Massen ableiten. Das Prinzip ist alt. Die Herausforderung besteht darin, jedes Teil des Aufbaus so stabil, kalibriert und verstanden zu machen, dass die Unsicherheit das Ergebnis nicht überlagert.
Im neuesten Experiment war die Apparatur weitaus ausgefeilter als ihr historischer Vorläufer. Laut dem Quelltext verwendete das Team acht Gewichte, die auf zwei präzise kalibrierten Drehtellern platziert waren, und hing das System an Bändern auf, die etwa so dick waren wie ein menschliches Haar. Die Arbeit war zugleich eine sorgfältige Reproduktion eines Experiments, das 2007 erstmals in Frankreich durchgeführt wurde. Anstatt hastig eine einzelne Zahl zu veröffentlichen, verbrachten die Forscher ein Jahrzehnt damit, jede mögliche Quelle von Unsicherheit zu messen und zu verringern.
