作者：安德魯·格蘭特
編譯：純珍
塔式起重機的操作員已經熟悉一種阻尼扭擺運動的新技術，該技術用於測量重力常數。
塔式起重機用於提升柏林一座即將建成的辦公樓的模塊。
NIST 量子測量實驗室的扭力天平包括兩組四個圓柱體。如圖所示的俯視圖所示，四個測試質量塊位於一個圓盤上，該圓盤由真空室內的一條薄金屬條懸掛；四個源質量塊位於腔室外的旋轉轉盤上。源質量對測試質量施加很小但可測量的重力扭矩。NIST 物理學家 Stephan Schlamminger 和他的團隊通過旋轉傳送帶並測量金屬條的重力驅動扭曲，計算出重力常數G的值。
在他最新的扭力平衡G測量做準備時，Schlamminger 發現了一個麻煩的噪聲源：當實驗者旋轉源質量的轉盤時，他們會無意中導致懸掛測試質量的金屬條每隔幾分鐘就會扭曲和解開一次。Schlamminger 著手尋找移動源質量的最佳方式，以儘量減少帶材的周期性扭曲。他將系統視為鐘擺，使用拉普拉斯變換（通常用於求解微分方程）來獲取內盤扭曲的快照。然後他確定何時以及如何通過源質量的離散運動來抵消鐘擺運動。
Schlamminger 的結果表明，為了獲得最大阻尼，他需要在用於執行G測量的兩個位置之間旋轉轉盤，並且以接近一個扭轉-解扭轉周期的頻率進行。當條帶改變其扭曲方向時，源質量會發生變化。當 Schlamminger 和他的同事們對他的方程進行測試時，他們發現每次操作都會使扭轉擺的振幅減少近 150 微弧度。通過在一個多小時內執行 15 次操作，他們將振幅從 1830 μrad 降低到 1.5 μrad，這種能量耗散需要幾個月的時間才能自行發生。
儘管計量學家可能會發現阻尼方法令人驚訝，但 Schlamminger 意識到建築起重機的操作員不會。作為一名博士後，他的顧問告訴他「起重機操作員的技巧」，即對塔式起重機的小車進行一系列精確定時的顛簸，以穩定擺動的負載。Schlamminger懷疑期刊讀者除了想了解扭力天平之外，還想了解建築設備， 於是他將的推導方程應用於起重機負載的鐘擺運動。方程式預測，對於最初在靜止狀態下運輸負載，起重機操作員應施加與小車方向相反的速度，然後在鐘擺周期後應用相反的速度——這一策略類似於抑制 NIST 扭擺的策略。他還為其他起重機場景制定了策略。上個月在美國物理學雜誌上展示了關於起重機和扭力平衡的解決方案。
Schlamminger 和他的團隊正在利用他們的阻尼方法來收集引力常數測量數據，他們希望在未來幾個月內獲得這些數據。計量學界很想看到他們的結果，因為他們使用的特殊扭力平衡。它來自法國國際度量衡局，研究人員獲得的G值比其他實驗的值高几個標準差。（見上圖中的紅點。垂直線表示國際公認的值。）國際科學理事會數據委員會將很快重新評估其G和其他基本常數的推薦值。
文章來源：https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20220321a/full/