10年封印された封筒を開いたNISTの重力定数測定――謎は解けず新たな矛盾へ

重力測定の難しさ

重力は他の基本的な力に比べて極めて弱く、小さな磁石でも地球の重力に逆らって紙クリップを持ち上げることができるほどです。このため、研究室で小さな物体間の重力を測定する際には、地球質量の約50億分の1という極めて小さな質量同士の引力を検出しなければならず、測定は極めて困難です。

封筒に秘められた数値

NISTの物理学者ステファン・シュラミンジャー氏は、10年余りにわたり高精度で大きなG（万有引力定数）を測定してきました。実験結果を正しく解釈する鍵となる「秘密番号」が封印された封筒に保管されており、開封までその数値は誰にも知られていませんでした。

再現実験とバイアス除去

2007年にフランスBIPMが実施した評価の高い実験を、NISTの独立チームが再現することを目指しました。結果への先入観を排除するため、同僚のパトリック・アボットがデータの一部をスクランブルし、秘密番号だけを保持しました。

開封の瞬間と結果

2022年に発表を予定していたものの、気圧の影響を懸念して延期。その後、2024年7月11日にコロラド州オーロラで開催された精密電磁測定年次会議で、シュラミンジャー氏は封筒を開封し、隠された番号を確認しました。期待通りの結果とはならず、NISTの測定値はフランスの測定値より0.0235％低いことが判明しました。

最新のG測定値と意味

二年間の追加解析を経て、Metrologiaに掲載された結果は G＝6.67387×10⁻¹¹ m³·kg⁻¹·s⁻² でした。この僅かな差は他の基本定数が6桁以上で一致している状況と比べても注目に値し、日常生活への影響はほぼありませんが、科学史上小さな矛盾が新たな発見につながる例として知られています。

測定手法の概要

実験はキャヴェンディッシュが1798年に行ったねじれバランス（トーションバランス）を基礎にしています。最新の装置では、8個の円筒形金属塊（4つの大型シリンダーと4つの小型塊）を使用し、細い銅‑ベリリウムリボンで吊り下げた小塊が大型塊の引力でねじれる角度を測定します。また、電極に電圧を印加し静電力で重力を打ち消す第二の手法も併用し、Gを独立に求めました。

素材の影響と今後の展望

銅とサファイアのブロックで同様の実験を行い、結果にほぼ差がなかったことから、材料自体が測定誤差の主因ではないと結論付けられました。シュラミンジャー氏は「真実が重要なので、あらゆる測定が重要」と語り、10年にわたる取り組みを次世代に託す姿勢を示しています。

大きなGと小さなgの違い

ニュートンの重力法則に登場する「大きなG」は宇宙全体で一定の普遍定数であり、2つの物体間の引力を決定します。一方「小さなg」は地球や月など特定の天体表面で感じる重力加速度で、地球では約9.8 m/s²、月では約1.62 m/s²です。

元記事: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/05/260517211443.htm