扭秤周期法測G實驗中大振幅下相關效應研究.pdf

1、1798年Cavendish利用扭秤設計了測量地球密度的實驗，后人根據實驗結果推出了G值，這是人類首次在實驗室尺度下得到的測量結果。之后兩百多年里，各實驗小組利用扭秤巧妙地設計了不同方法來進行測G實驗，但至今為止，結果還是不盡如人意。目前國際上公布的相對不確定度小于50ppm的G值測量結果有8個。雖然其各自的測量精度很高，但在誤差范圍內各結果之間并不吻合，造成這種現象的原因可能是各種實驗方法中存在尚未被發(fā)現或認知的系統誤差。
　　

2、引力中心自上世紀80年代起采用精密扭秤開展了一系列引力實驗研究。在G值測量方面，通過扭秤周期法先后得到的結果被近四次的CODATA收錄。在我們的周期法測G實驗中，扭秤振幅工作在mrad量級，在此小振幅下扭秤的本征熱噪聲對周期影響較大，周期的測量精度相對較低，為了實現周期的高精度測量只能以長時間實驗累積數據為代價，而實驗時間長就對維持周圍環(huán)境和實驗裝置的穩(wěn)定性提出了更高的要求。基于以上考慮，本文作者對扭秤周期法測G實驗在大振幅下的相關效應

3、進行了初步的分析和探討：
　　1、通過采用引力勢和多極矩展開兩種方法分別得到扭秤周期法測G實驗中的扭秤力矩的仿真模型，分別建立近遠程配置下吸引質量引力場作用于扭秤上的引力力矩關系曲線；
　　2、建立大振幅下近遠程配置頻率平方差對扭秤運動振幅的響應特性曲線，計算大振幅下(rad量級)振幅效應。與HUST-09實驗相比，將振幅適當調大(0.05~0.30rad)，振幅效應以及由振幅擬合的不確定度對G值帶來的誤差都將逐漸增大；

4、r>　　3、在測量時間足夠長的情況下，采用相關法重新計算了HUST-09實驗中熱噪聲對扭秤運動周期提取精度所產生的影響δτ/τ=0.26 ppm。在大振幅(0.05~0.30rad)情況下，隨著振幅的增大，熱噪聲對周期測量精度的影響將逐漸減少；
　　4、以振幅為0.30rad為例，振幅效應達到-12％，由振幅擬合不確定度δA=0.02 mrad引入的誤差為15.5ppm，同時與HUST-09實驗相比，振幅的增大不僅在周期提取精度上