Unter den vier Grundkräften ist die Gravitation die geheimnisvollste. Denn diese zwischen Massen wirkende Anziehung ist die einzige, für die bisher kein Vermittlerteilchen gefunden wurde. Zwar hat schon Isaac Newton diese Naturkonstante in seinem Gravitationsgesetz beschrieben und dank Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie können wir die Wirkung der Gravitation als Krümmung der Raumzeit beschreiben. Doch bis heute hat die Wissenschaft Schwierigkeiten, die Gravitationskonstante G präzise zu bestimmen. „Trotz seiner zentralen Rolle ist G bisher nur mit ungewöhnlich großer Unsicherheit bestimmt“, erklären Stephan Schlamminger vom US National Institute of Standards and Technology (NIST) in Maryland und seine Kollegen. Obwohl Wissenschaftler seit 225 Jahren versuchen, den genauen Wert für diese Kraft zu messen, und dabei immer ausgeklügelter Methoden einsetzen, liegen die Resultate weit auseinander – weiter als bei jeder anderen Grundkraft.
Werte-Wirrwarr schon seit Henry Cavendish
Das wirft die Frage auf, ob nur Messunsicherheiten hinter den Abweichungen bei der Gravitationskonstante stecken oder ob unser Verständnis der Gravitation grundsätzliche Lücken aufweist. „Eine Möglichkeit, unser Wissen zu erweitern, besteht darin, immer neue, präzisere Experimente zu entwickeln“, erklären Schlamminger und sein Team. „Allerdings bringen diese allein nur wenig Nutzen: Die früheren, inkonsistenten Ergebnisse dominieren weiterhin den gewichteten Mittelwert und zusätzliche Daten allein können die Unstimmigkeiten zwischen den bestehenden Messungen nicht auflösen.“ Eine bessere Strategie sei es daher, Ausreißer unter den früheren Resultaten zu überprüfen – beispielsweise durch eine Wiederholung der Messungen mit möglichst derselben Apparatur.
Genau dieses Vorgehen wurde im Jahr 2014 bei einem Metrologie-Workshop beschlossen. Bei diesem hatten Forscher der zentralen Metrologie-Organisation, dem Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) in Frankreich, gerade neue Messergebnisse für G vorgestellt, die sie mit einer speziellen Torsions-Messapparatur ermittelt hatten. Diese Messapparatur basiert auf einem Experiment des britischen Forschers Henry Cavendish aus dem Jahr 1797. Kernstück seiner Apparatur bildete ein Torsionspendel – ein dünner, waagerecht aufgehängter Stab mit Gewichten an beiden Enden. Dieses Pendel hing über zwei rund 30 Zentimeter großen und 160 Kilogramm schweren Bleikugeln. Wenn nun eines dieser Gewichte in den Einflussbereich der Bleikugel kam, wurde sie leicht angezogen und diese Bewegung übertrug sich über den Stab auf das andere Gewicht. Dessen Auslenkung ließ sich messen.
