理工論文三基本物理常數(shù)ＣＯＤＡＴＡ平差綜述

1、三屆基本物理常數(shù)平差綜述 三屆基本物理常數(shù)平差綜述是小柯論文網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)搜集，并由本站工作人員整理后發(fā)布的，三屆基本物理常數(shù)平差綜述是篇質(zhì)量較高的學(xué)術(shù)論文，供本站訪問者學(xué)習(xí)和學(xué)術(shù)交流參考之用，不可用于其他商業(yè)目的，三屆基本物理常數(shù)平差綜述的論文版權(quán)歸原作者所有，因網(wǎng)絡(luò)整理，有些文章作者不詳，敬請(qǐng)諒解，如需轉(zhuǎn)摘，請(qǐng)注明出處小柯論文網(wǎng)，如果此論文無法滿足您的論文要求，您可以申請(qǐng)本站幫您代寫論文，以下是正文。 摘 要評(píng)述了最近三屆基本物理常數(shù)codata（1998,2002,2006）推薦值，闡述了各階段所依據(jù)的主要實(shí)驗(yàn)及理論上的新進(jìn)展，介紹了三個(gè)實(shí)驗(yàn)新技術(shù)對(duì)物理常數(shù)發(fā)展的特殊作用.關(guān)鍵詞基本物理常數(shù)

2、，平差，不確定度，光梳技術(shù)，瓦特天平，彭寧阱a comprehensive survey of three codata meetingsmodifications of the fundamental physical constantslu sen-kai1, guo yi-ling2shen hui-jun2(1 department of physics and electronic engineering, college of hechi, guangxi hechi 546300,china)（2 department of physics, tsinghua universit

3、y, beijing 100084,china）abstracta comprehensive survey of the 1998, 2002 and 2006 meetings of the international science and technology data committee (codata) and their modifications of the fundamental physical constants is presented. the values and corresponding uncertainties of the constants are c

4、ompared. the main experimental and theoretical advances during each period, especially the effects of three new experimental techniques, are reviewed.keywordsfundamental physical constant,adjustment,uncertainty,optical comb, watt balance，penning trap1 引言本文作者之一曾于1989年在本刊發(fā)表過一篇綜述基本物理常數(shù)的文章1，差不多過去了20年，基本

5、物理常數(shù)的測(cè)量和平差工作有了很大進(jìn)展.國(guó)際科學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)委員會(huì)（簡(jiǎn)稱codata）先后又進(jìn)行了三次平差，分別作為1998年、2002年和2006年平差推薦給科技界.1999年公布的一套基本物理常數(shù)平差結(jié)果，收集的原始數(shù)據(jù)截止于1998年12月31日，因此被稱為codata 1998平差.2004年8月codata 基本常數(shù)任務(wù)組又發(fā)表了新的一組基本物理常數(shù)推薦值.這一屆的原始數(shù)據(jù)截止于2002年12月31日，因此被稱為codata 2002 推薦值.2007年8月公布的一套基本物理常數(shù)平差結(jié)果，收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)截止于2006年12月31日，因此被稱為codata 2006平差2.2 三屆codat

6、a平差的進(jìn)展為了說明20年來基本物理常數(shù)平差的進(jìn)展，我們選取了20個(gè)重要的常數(shù)，把1986 codata推薦值和最近三屆并列進(jìn)行比較，如表1所示(本文后面的表2、表3和表4將分別比較其相對(duì)不確定度和數(shù)值偏差).我們從這些表可以看出，近二十年來,這些基本物理常數(shù)的不確定度都有較大的下降.1998年平差比1986年平差前進(jìn)了一大步，由于時(shí)間間隔長(zhǎng)達(dá)12年，其間科學(xué)技術(shù)有長(zhǎng)足的進(jìn)展，大多數(shù)基本常數(shù)的不確定度下降為原來的1/5至1/12.里德伯常數(shù)的不確定度是所有常數(shù)中最突出的，下降達(dá)1/160.其原因是，從20世紀(jì)90年代開始,測(cè)定氫原子躍遷頻率的方法已用光學(xué)頻率測(cè)量代替了原來的光學(xué)波長(zhǎng)測(cè)量，而里德

7、伯常數(shù)正是用氫原子躍遷頻率值獲得的.進(jìn)入21世紀(jì)以來，里德伯常數(shù)以及其他原子常數(shù)陸續(xù)有改進(jìn)，這是由于計(jì)量工作用上了新發(fā)明的光梳技術(shù)，使頻率的測(cè)量大大提高了精確度（詳情見后）.再就是，引力常數(shù)g在這些年里幾乎沒有什么前進(jìn),不確定度在1998年還有所上升，后來才略有下降，它一直是最欠精確的常數(shù)之一.幸好它不涉及其他常數(shù)，沒有參加平差.改進(jìn)對(duì)引力常數(shù)的測(cè)量，是計(jì)量工作者面臨的迫切任務(wù).精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)推薦值的不確定度不斷下降，反過來又導(dǎo)致了與聯(lián)系緊密的其他常數(shù)(例如玻爾半徑a0和康普頓波長(zhǎng)c)都以一定的比例減小了不確定度.另外，普朗克常數(shù)h的數(shù)值也越來越精確，由于它的影響，阿佛伽德羅常數(shù)n的不確定度也不

8、斷下降.但是，我們也應(yīng)該注意到兩個(gè)現(xiàn)象:一是codata 2002 推薦值組與 1998 推薦值組相比，有不少重要常數(shù)的不確定度不是更小了，而是更大了;二是有些基本常數(shù)隨著歲月的推移前后出現(xiàn)偏差.這種偏差如果超過不確定度允許的范圍，一定是發(fā)生了系統(tǒng)誤差.例如，1986 codata 的里德伯常數(shù)推薦值和以后各屆的推薦值之間存在明顯的偏差.我們將在下面分別予以說明.2.1 1998 codata 平差從表1可以看出，在1998年平差中，惟一獨(dú)特的是牛頓引力常數(shù)g，它的不確定度大于1986年的數(shù)值約達(dá)12倍，理由見文獻(xiàn)4.其中特別是因?yàn)橛幸粋€(gè)可信賴的實(shí)驗(yàn)得到了一個(gè)g值，與1986年值* (量y的相

9、對(duì)不確定度的定義是：ur（y）u（y）/y，如果y0，其中u（y）是y的不確定度，dr是兩屆y值之差除以前一屆y的不確定度.表中ar(e)是電子的相對(duì)原子質(zhì)量，其余各常數(shù)的定義見表1.）相差顯著，codata工作組經(jīng)過評(píng)估，決定仍然保留1986推薦值，只是把其相對(duì)不確定度從ur = 1.3104降為 1.5 10-3.1998 codata 基本物理常數(shù)推薦值的全面介紹可參看文獻(xiàn)35 .這里僅就最重要的幾項(xiàng)常數(shù)的變遷列于表2作一比較.從表2中可看出，偏差最大的是里德伯常數(shù)r，1998推薦值與1986推薦值的偏差幾乎達(dá)1986不確定度的2.7倍.然而，里德伯常數(shù)卻是不確定度降低得最多的一個(gè)常數(shù).

10、發(fā)生這么大的偏差是因?yàn)閞1986推薦值主要是根據(jù)1981年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，后來證明有較大誤差.上世紀(jì)90年代初，由于在類氫原子躍遷頻率測(cè)量中，光學(xué)頻率計(jì)量代替了光學(xué)波長(zhǎng)計(jì)量，因此顯著地降低了這類測(cè)量的不確定度.而類氫原子能級(jí)理論的改善對(duì)不確定度的降低也作出了貢獻(xiàn).從1986年到1998年的13年中，實(shí)驗(yàn)和理論有許多新進(jìn)展，導(dǎo)致精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)、普朗克常數(shù)h和摩爾氣體常數(shù)r的不確定度有顯著降低.這些常數(shù)不僅自身重要，而且與里德伯常數(shù)r和電子的相對(duì)原子量ar(e)結(jié)合，可以用來確定有重要意義的其他許多常數(shù)和轉(zhuǎn)換因子.這些進(jìn)展有：(1) 從拘禁在彭寧阱中的單個(gè)電子測(cè)量電子磁矩反常ae，得到較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再

11、加上從量子電動(dòng)力學(xué)(qed)計(jì)算ae的理論公式也有改進(jìn)，由此得到的值不確定度達(dá)ur = 3.8 10-9.1的推薦值由1986年的137.035 989 5(61)，改進(jìn)為1998年的137.035 999 76(50)，不確定度減小了12.2倍. (2) 1975年構(gòu)想的、上世紀(jì)80年代末第一次成功地付諸實(shí)現(xiàn)的動(dòng)圈瓦特天平為k2j rk = 4/h提供了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)值，一個(gè)相對(duì)不確定度為ur = 8.7 108，另一個(gè)為ur2.010-7 (其中kj = 2e/h是代表約瑟夫森效應(yīng)的約瑟夫森常數(shù)；rk =h/e2是代表量子化霍爾效應(yīng)的馮克利青常數(shù)).相對(duì)不確定度為ur = 7.8 i08的199

12、8年h的推薦值主要就是從這兩個(gè)結(jié)果得到的.(3) 用球形聲學(xué)共振器測(cè)量氬中的聲速，提供了摩爾氣體常數(shù)r的新實(shí)驗(yàn)值8.314 472(15) jmol-1k1，其相對(duì)不確定度ur = 1.7 l06，大約是1986年推薦值的1/5.通過充氣球形共振器測(cè)量聲速，從而確定摩爾氣體常數(shù)的方法是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（nbs，現(xiàn)在改名為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院，簡(jiǎn)稱nist）的moldover等人經(jīng)過多年研究，于1988年發(fā)表了正式結(jié)果.這一結(jié)果至今沒有人超過.1986年的推薦值所根據(jù)的結(jié)果來自圓柱形聲學(xué)干涉儀，這一方法的精確度受到傳感器的非線性、吸收損失和反射損失、邊層效應(yīng)等因素的影響，聲速測(cè)量的精確度因此大受

13、影響6，7.(4) 用彭寧阱測(cè)量亞原子粒子的質(zhì)量比取得了顯著進(jìn)展，使電子、質(zhì)子、氘核、氦核（3he核）和粒子的相對(duì)原子質(zhì)量數(shù)據(jù)更為精確；(5) 用晶體衍射法測(cè)量氘核中的中子結(jié)合能取得了中子相對(duì)原子質(zhì)量更為精確的數(shù)值；(6) 通過塞曼躍遷頻率測(cè)定子原子（+e-）的基態(tài)超精細(xì)分裂m，再加上從量子電動(dòng)力學(xué)計(jì)算m的理論公式更為精確 三屆基本物理常數(shù)平差綜述是小柯論文網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)搜集，并由本站工作人員整理后發(fā)布的，三屆基本物理常數(shù)平差綜述是篇質(zhì)量較高的學(xué)術(shù)論文，供本站訪問者學(xué)習(xí)和學(xué)術(shù)交流參考之用，不可用于其他商業(yè)目的，三屆基本物理常數(shù)平差綜述的論文版權(quán)歸原作者所有，因網(wǎng)絡(luò)整理，有些文章作者不詳，敬請(qǐng)諒解，

14、如需轉(zhuǎn)摘，請(qǐng)注明出處小柯論文網(wǎng)，如果此論文無法滿足您的論文要求，您可以申請(qǐng)本站幫您代寫論文，以下是正文。，從而獲得了更精確的電子-子質(zhì)量比me/m.另外值得一提的是，在1998 codata平差的輸入數(shù)據(jù)中至少有三項(xiàng)來自中國(guó)：一項(xiàng)是中國(guó)計(jì)量研究院（nim）的研究人員從上世紀(jì)70年代起就開始了弱場(chǎng)和強(qiáng)場(chǎng)中測(cè)量質(zhì)子旋磁比yp的研究，1980年開始報(bào)道研究成果8，受到國(guó)際計(jì)量學(xué)界的關(guān)注，文獻(xiàn)被多次引用.經(jīng)過十幾年的不斷改進(jìn)，劉瑞珉等人于1995年在計(jì)量學(xué)報(bào)上發(fā)表了nim對(duì)yp及2eh的si值的最新測(cè)定結(jié)果一文9，宣布結(jié)果分別為yp（abs）2.675 153 5(23)108 t1s1和2e/h=4

15、83 597.89(43)ghz/v，其相對(duì)不確定度分別為8.610-7和8.810-7.另一項(xiàng)是張鐘華等人用計(jì)算電容測(cè)定量子化霍爾電阻的實(shí)驗(yàn)方法，他們?cè)?995年的計(jì)量學(xué)報(bào)上發(fā)表了nim用計(jì)算電容測(cè)定的量子化霍爾電阻的si值一文10，宣布在1994年春用這一方法測(cè)得i1時(shí)量子霍爾電阻的si值為rh25812.8084(34)，相對(duì)不確定度為1.310-7.還有一項(xiàng)是華中科技大學(xué)引力實(shí)驗(yàn)中心羅俊等人用扭秤測(cè)定的牛頓引力常數(shù)g11.他們以獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（長(zhǎng)周期、高q值）、優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)環(huán)境（安靜、恒溫、隔振）、扭秤儀器系統(tǒng)誤差的深入細(xì)致研究，加上背景環(huán)境的同步監(jiān)測(cè)，確保了實(shí)驗(yàn)精度.最終測(cè)得g為6.6

16、699（7) 10-11 m3kg-1s-2，其相對(duì)精度達(dá)到10510-6.2.2 2002 codata 平差對(duì)2002 codata 推薦值的專門評(píng)述，國(guó)內(nèi)報(bào)道不多，它與1998 codata 推薦值相比，時(shí)間雖然只隔了4年，但是實(shí)驗(yàn)和理論的新進(jìn)展仍然是顯著的，重要的有：(1) 對(duì)牛頓引力常數(shù)g進(jìn)行了新的測(cè)量，得到的結(jié)果相符甚好；(2) 相對(duì)原子質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)值得到了改進(jìn)，其中包括氦4、氧16和銫133；(3) 氫的1s1/22s1/2躍遷頻率得到了更準(zhǔn)確的數(shù)值；(4) 質(zhì)子束縛態(tài)均方根（rms)電荷半徑取得了新的結(jié)果；(5) 針對(duì)類氫離子12c5+ 和 16o7+中的電子的束縛態(tài)g因子，進(jìn)行

17、了高度精確的測(cè)量；(6) 對(duì)子的磁矩反常a進(jìn)行了相當(dāng)精確的測(cè)量；(7) 從銫原子吸收和發(fā)射的光子測(cè)量所得到的原子反沖頻率位移，求得普朗克常數(shù)h和133cs原子質(zhì)量的比值h/m(133cs)；(8) 得到了一組有關(guān)硅的摩爾體積v (si)的結(jié)果；(9) 對(duì)以前測(cè)量過的硅晶格間距220有新的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn).在理論方面，對(duì)氫和氘的能級(jí)公式，電子和子磁矩反常ae 和a的計(jì)算公式、子原子（e）的基態(tài)、超精細(xì)分裂和類氫離子的電子束縛態(tài)g因子的計(jì)算公式，均作了改進(jìn).這些新成果導(dǎo)致了許多基本常數(shù)的數(shù)值和不確定度發(fā)生了重要變化，其中較為突出的是：(1) 牛頓引力常數(shù)g的新結(jié)果彼此相符甚好，足以使codata基本常數(shù)工

18、作組相信，更早得到的雖然可靠但卻存在高度差異的一組數(shù)據(jù)，在平差中不必考慮，這導(dǎo)致了g的新推薦值相對(duì)不確定度減小10倍.(2) 由于從實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了頻率比fs(12c5+)/fc(12o5+)和fs(16c7+)/fc (16o7+)的精確測(cè)量，又從理論推出了電子在離子中束縛態(tài)g因子的理論表達(dá)式，使得ar(e)值和電子-質(zhì)子質(zhì)量比me/mp達(dá)到了大約5 10-10的相對(duì)不確定度（頻率比中的fs表示類氫離子在磁通密度的作用下，基態(tài)中的電子進(jìn)動(dòng)或“自旋翻轉(zhuǎn)”頻率，fc表示在同樣磁通密度下的離子的回旋頻率）.跟1998年相比，它們的不確定度降低4倍以上.(3) 1998平差的輸入值中，包括了三項(xiàng)x射線光學(xué)

19、干涉儀測(cè)定的特定硅晶的220晶格間距.后來發(fā)現(xiàn)三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中兩項(xiàng)有問題，因此那些實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)就沒有包括在2002平差中.去掉了這些數(shù)據(jù)，反而消除了精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)的數(shù)值分散性，這些數(shù)值是從x射線精確測(cè)量普朗克常數(shù)與中子質(zhì)量的比值h/mn推出的.這樣一來，從h/mn得到的值跟其他渠道獲得的值相符甚好.這項(xiàng)成果首先應(yīng)該歸功于光梳技術(shù)的發(fā)明，1999年，該項(xiàng)新技術(shù)第一次用于精確測(cè)定銫的躍遷頻率，獲得了很好的結(jié)果12，（詳見本文第3.1節(jié)）.(4) 發(fā)現(xiàn)電子磁矩反常ae的理論公式中八階系數(shù)a(8)1有一錯(cuò)誤，這樣一來，從ae實(shí)驗(yàn)結(jié)果求得的值增大了5.7 10-9倍，這大約是1998 codata 推薦值的相對(duì)不

20、確定度的1.5倍.其他實(shí)驗(yàn)也得到了值.特別是h/m(133cs)的新結(jié)果使推薦值的ur從1998年的3.7 109降到了3.3 10-9，然而的偏差卻達(dá)到了1.3.(5) 氫和氘的能級(jí)理論的重大進(jìn)展和質(zhì)子束縛態(tài)核均方根電荷半徑rp數(shù)值的改進(jìn)，消除了1998平差中理論與實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)偏差.這樣一來，2002 codata推薦值組中就增加了rp和氘的束縛態(tài)均方根電荷半徑rd兩項(xiàng).2002 codata 平差原先考慮采用112項(xiàng)輸入數(shù)據(jù)，結(jié)果只用了105項(xiàng).平差中有61個(gè)變數(shù)，需要通過最小二乘法運(yùn)算確定數(shù)值.例如，輸入數(shù)據(jù)中包括27項(xiàng)h與d的躍遷頻率和頻率差.在平差得到的常數(shù)中有r，h和ar（e）.20

21、02 codata推薦值大多數(shù)都是從平差所得的常數(shù)計(jì)算出來的.例如，基本電荷是從表達(dá)式e=(2h/0c)1/2計(jì)算得到的.導(dǎo)出量的不確定度當(dāng)然也是根據(jù)它們所依賴的平差常數(shù)的不確定度和協(xié)方差確定的.在2002平差過程中碰到的主要困難是vm(si)值與4項(xiàng)涉及約瑟夫森常數(shù)和馮克利青常數(shù)的測(cè)量結(jié)果明顯不相容：其中有兩項(xiàng)是動(dòng)圈瓦特天平求得的k2jrk乘積，一項(xiàng)是汞靜電計(jì)求得的kj，再有一項(xiàng)是電容器伏特天平求得的kj. codata基本常數(shù)工作組最后決定在最后的最小二乘法平差中給這些輸入數(shù)據(jù)加權(quán)，這樣就出現(xiàn)了2002 codata推薦值組中有一些與普朗克常數(shù)關(guān)聯(lián)的常數(shù)竟比1998 codata 推薦值不

22、確定度還要大的情況.一般說來，新信息會(huì)導(dǎo)致不確定度的降低，但是這一次卻是新信息使某些常數(shù)的不確定度增加了.2002 codata 基本物理常數(shù)推薦值組的全面介紹可參看文獻(xiàn)13.這里僅就最重要的幾項(xiàng)基本常數(shù)的變遷作一比較，見表3.2.3 2006 codata 平差2006 codata推薦值及其簡(jiǎn)要評(píng)述見文獻(xiàn)但還需指出的是，2006年基本物理常數(shù)推薦值與2002年的相比又有顯著改善，主要?dú)w功于下面要著重講的彭寧阱等三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)新技術(shù)的應(yīng)用.新信息還有來自法國(guó)奧賽（orsay）原子質(zhì)量數(shù)據(jù)中心2003年發(fā)布的新的原子質(zhì)量評(píng)估，這是繼1993年（1995年修正）之后經(jīng)過十年準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)更精確、涵蓋更全面

23、的又一次更新.2006 codata 的數(shù)據(jù)分析揭示了輸入數(shù)據(jù)中有兩處主要矛盾.在d220的絕對(duì)數(shù)值中有一個(gè)與其他3個(gè)不相符，卻與由h/mn(d220)推出的數(shù)值相符.硅的摩爾體積的測(cè)量值與另外5個(gè)包含約瑟夫森常數(shù)和馮克利青常數(shù)的結(jié)果不符，這5個(gè)結(jié)果有3個(gè)來自動(dòng)圈瓦特天平所測(cè)的k2jrk ，一個(gè)來自汞靜電計(jì)的kj ，還有一個(gè)來自電容器伏特天平的kj.通過數(shù)學(xué)分析，評(píng)定者判定表達(dá)式kj = 2e/h和rk =h/e2沒有問題.最后決定，仍與上一屆一樣，采取加權(quán)的辦法，即在有矛盾的輸入數(shù)據(jù)的不確定度上乘以因子1.5.這樣一來，雙方的差異就落在兩個(gè)不確定度的限度之內(nèi)了.與此同時(shí)，與之有關(guān)的導(dǎo)出常數(shù)的

24、不確定度也受到一定影響，不過雖然比實(shí)際的不確定度高，但仍然低于2002 codata的水平(參看表4).3 三個(gè)有重大意義的實(shí)驗(yàn)新技術(shù)近20年來，有重要意義的實(shí)驗(yàn)新技術(shù)不勝枚舉，下面僅就對(duì)基本物理常數(shù)發(fā)展有特殊作用的三種新技術(shù)作一簡(jiǎn)要介紹.3.1 光梳技術(shù)早在1989年,德國(guó)馬克斯普朗克量子光學(xué)研究所的t.w.hnsch博士就提出過飛秒激光頻梳測(cè)頻的設(shè)想.到了1999年，由hnsch小組和nist的j.l.hall小組首先實(shí)現(xiàn)了用飛秒鎖模激光的光頻梳直接測(cè)量絕對(duì)頻率的方法，從而發(fā)明了光梳技術(shù).同年該研究所的udem,hnsch等人將這項(xiàng)技術(shù)用于精確測(cè)定銫的躍遷頻率，獲得了很 三屆基本物理常數(shù)平

25、差綜述是小柯論文網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)搜集，并由本站工作人員整理后發(fā)布的，三屆基本物理常數(shù)平差綜述是篇質(zhì)量較高的學(xué)術(shù)論文，供本站訪問者學(xué)習(xí)和學(xué)術(shù)交流參考之用，不可用于其他商業(yè)目的，三屆基本物理常數(shù)平差綜述的論文版權(quán)歸原作者所有，因網(wǎng)絡(luò)整理，有些文章作者不詳，敬請(qǐng)諒解，如需轉(zhuǎn)摘，請(qǐng)注明出處小柯論文網(wǎng)，如果此論文無法滿足您的論文要求，您可以申請(qǐng)本站幫您代寫論文，以下是正文。好的結(jié)果12.他們的做法是把銫的躍遷頻率與一臺(tái)便攜式ch4穩(wěn)頻3.39m he-ne激光器的四次諧波比較（參看圖1）.he-ne激光器是經(jīng)ptb的銫原子鐘校準(zhǔn),四次諧波488.4thz354thz與銫原子的335thz躍遷頻率之間的差值，用

26、跨越244 000個(gè)模的克爾鏡鎖模激光器的頻梳測(cè)量.這一測(cè)量的結(jié)果是6s1/2(f=3)6p1/2(f=3)=335 120 562 838(41)khz和6s1/2(f=4)6p1/2(f=3)=335 111 370 206(41)khz兩者之和：eff670 231 933 044（81）khz，相對(duì)不確定度小于1.210-10，遠(yuǎn)低于其他量.由此導(dǎo)出的-1 =137.035 992 4(41)，相對(duì)不確定度小于3.010-8.2000年,m.niering 等人首次用光梳技術(shù)測(cè)h的1s1/22s1/2躍遷頻率，得到的結(jié)果是 2 466 061 413 187.103（46），相對(duì)不確定

27、度僅為 1.910-14，遠(yuǎn)低于當(dāng)時(shí)其他方法得到的結(jié)果，在2002 codata 的輸入數(shù)據(jù)中是最佳數(shù)值.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院從2002年開始飛秒光梳技術(shù)的研究，目前已研制了基于摻鈦藍(lán)寶石（ti:sapphire）鎖模飛秒脈沖激光器的飛秒光學(xué)頻率梳裝置，并利用此裝置測(cè)量了碘穩(wěn)頻532nm(127i2r(56)32-10)nd:yag固定激光器的頻率，結(jié)果為56326022351299120hz，相對(duì)不確定度為3.610-14.這一數(shù)值在國(guó)際推薦值的不確定度之內(nèi)，是直接溯源到銫原子微波頻率基準(zhǔn)的光學(xué)頻率測(cè)量結(jié)果15.3.2 彭寧阱技術(shù)長(zhǎng)期以來，實(shí)驗(yàn)家就在研究如何把電子或其他帶電粒子單個(gè)地拘禁在特殊

28、設(shè)計(jì)的陷阱里，讓它按人們的意愿動(dòng)作，同時(shí)記錄下它的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，從而掌握它的各種特性.早在1958年，華盛頓大學(xué)的h.g.dehmelt就提出了彭寧阱實(shí)驗(yàn)方法，經(jīng)過他和其他人的多次改進(jìn)，取得了很多成果，對(duì)歷屆codata平差中的電子磁矩反常和g因子作出了突出貢獻(xiàn).所謂彭寧阱，實(shí)際上是一種特殊設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)和電場(chǎng)相互疊加的區(qū)域.其原始模型是彭寧（f.m.penning）在1936年最先提出的16.dehmelt的彭寧阱主體結(jié)構(gòu)是一旋轉(zhuǎn)雙曲面圓環(huán)電極，上下各有共軛旋轉(zhuǎn)雙曲面形的罩電極.當(dāng)在電極間加電壓時(shí)，就形成四極電場(chǎng)，整個(gè)裝置是封在真空度高達(dá)10-12pa的真空管內(nèi)，真空管插入超導(dǎo)線圈中并一起浸在液氦中

29、.超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)沿z軸均勻分布.電子進(jìn)入這一電場(chǎng)與磁場(chǎng)疊加的區(qū)域中，立即受到三維約束.從經(jīng)典理論的觀點(diǎn)看，可以認(rèn)為電子會(huì)同時(shí)作回旋、軸向振蕩和磁控管三種運(yùn)動(dòng).從這三種運(yùn)動(dòng)的頻率可以計(jì)算出電子磁矩反常和g因子.1986 codata 平差所用的主要輔助常數(shù)之一的ge/2或ae=ge-22 值，就是華盛頓大學(xué)dehmelt小組在1984年用彭寧阱實(shí)驗(yàn)獲得的，數(shù)值為ge/2=e/b=1.001 159 652 193(10)1010-11.1998 codata 平差仍是以dehmelt小組1987年的彭寧阱實(shí)驗(yàn)結(jié)果為主要依據(jù)，其數(shù)值為ae=ge-22=1.159 652 188 3(42)10

30、-33.710-9.彭寧阱實(shí)驗(yàn)還可用于測(cè)量正電子、帶電粒子和各種原子的質(zhì)量，并且發(fā)展成為一系列新的實(shí)驗(yàn)方法.例如，斯德哥爾摩大學(xué)的smiletrap（可用作原子質(zhì)量譜儀）和哈佛大學(xué)的圓柱形電極彭寧阱，最近幾年都取得了令人矚目的成果.在2006 codata 輸入數(shù)據(jù)中，哈佛大學(xué)的gerald gabrielse小組對(duì)電子磁矩反常ae的新測(cè)定，達(dá)到了相對(duì)不確定度ur = 6.5l0-10的水平，對(duì)這一屆平差精確度的提高發(fā)揮了獨(dú)特作用.圖2 是gabrielse小組近年進(jìn)行精密測(cè)量電子旋磁比所使用的圓柱形彭寧阱.為了測(cè)量，gabrielse和他的團(tuán)隊(duì)把單個(gè)電子禁錮在一個(gè)很小的彭寧阱中，一次達(dá)數(shù)月之

31、久.這個(gè)彭寧阱之所以采用圓柱對(duì)稱，是為了消除由于小容器中被約束的輻射所引起的變形.從圖2還可看出，單個(gè)電子被四級(jí)電場(chǎng)和幾乎均勻的垂直強(qiáng)磁場(chǎng)拘捕在其中心.鎳環(huán)產(chǎn)生微弱磁場(chǎng)梯度，耦合在電子的磁矩上.值得注意的是，隨著測(cè)量方法的擴(kuò)展，各種途徑得到的值和ae值，出現(xiàn)了明顯的偏差，這是計(jì)量工作者面臨的挑戰(zhàn). 圖3 顯示了近年來各種測(cè)定結(jié)果的比較17.橫線表示不確定度，圖3（a）表示的是哈佛大學(xué)gabrielse小組對(duì)電子磁矩反常ae的新測(cè)定，它大大改進(jìn)了華盛頓大學(xué)（uw）1987年的測(cè)量結(jié)果，但是顯示有明顯的偏差.圖3（b）表示的是運(yùn)用量子電動(dòng)力學(xué)理論從ae測(cè)量結(jié)果計(jì)算的-1值,從銣和銫原子反沖實(shí)驗(yàn)測(cè)定

32、的-1值,rb（2006）和cs（2006）以及2002年與2006年codata推薦值. 3.3 瓦特天平 瓦特天平（或稱動(dòng)圈瓦特天平）的設(shè)想是英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室（npl）的b.b.kibble于1975年首先提出的.它的結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)原理如圖4所示18.這一實(shí)驗(yàn)是用運(yùn)動(dòng)線圈裝置比較電功率和機(jī)械功率，用si單位制中的米-千克-秒測(cè)量機(jī)械功率，用約瑟夫森效應(yīng)和量子化霍爾效應(yīng)測(cè)電壓和電流，得到電功率，從比較中得到約瑟夫森常數(shù)kj和馮克利青常數(shù)rk以及它們的乘積k2jrk，進(jìn)一步還可求出普朗克常數(shù)h和電子質(zhì)量me，因?yàn)閔4/k2jrk，而me=2rhc2.實(shí)驗(yàn)者將通電矩形線圈懸于精密天平的一端，線圈處

33、于磁通密度為b的均勻水平磁場(chǎng)中，通電流后由于安培力作用，需在天平上加砝碼m.設(shè)動(dòng)圈受力部分長(zhǎng)度為l，應(yīng)有ibl=mg.再令線圈在不通電流的情況下以勻速垂直下降，感應(yīng)出電壓u=lbv .將以上兩式合并，得 iu=mgv,這正是電功率和機(jī)械功率相等的表達(dá)式.電流再經(jīng)一電阻z測(cè)量，得u2zmgv，電壓用約瑟夫森效應(yīng)測(cè)量，得uj(n)=nf/kj（其中n為階躍量子數(shù)，f為頻率），電阻用馮克利青效應(yīng)測(cè)量，得rh(i)=rk/i（其中i也是階躍量子數(shù)），于是得或然而，道路仍然是艱巨的，盡管歷年來測(cè)量普朗克常數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符性甚好，但還是有難以克服的分歧，請(qǐng)看圖5，圖中列出了歷年來部分國(guó)家實(shí)驗(yàn)室測(cè)量普朗克常

34、數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.橫線表示不確定度，nim表示中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，npl表示英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室，ptb表示德國(guó)技術(shù)物理研究院，nml表示澳大利亞國(guó)家計(jì)量實(shí)驗(yàn)室，n/p/i表示nmij（日本國(guó)家計(jì)量院）-ptb-irmm（比利時(shí)物資計(jì)量研究院）綜合結(jié)果.圖中顯示的結(jié)果基本相符，也有相符性較差的，其中特別值得關(guān)注的是2003年 n/p/i 由硅的摩爾體積vm（si）得到的普朗克常數(shù)與其他結(jié)果的偏差大大超過了不確定度.不解決這類問題，電子千克的“寶座”怎么能坐穩(wěn)呢？中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院已把千克新定義方面的研究列入“十一五”計(jì)劃中20，并已在用高度提純的硅晶體中的硅原子質(zhì)量作為新的量子質(zhì)量基準(zhǔn)方面進(jìn)行了探索

35、.我們深信，人類宣布電子千克取代千克原器已是指日可待了，它的實(shí)現(xiàn)必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，值得全社會(huì)關(guān)注.參 考 文 獻(xiàn)1 郭奕玲.物理，1989,18(3):129guo y l.wuli(physics),1989,18(3):129(in chinese)2 盧森鍇,郭奕玲,沈慧君.物理，2008,37(3):183lu s k, guo y l, shen h j. wuli(physics),2008,37(3): 183(in chinese)3 沈乃澂.物理，2001,30(4):203shen n c. wuli(physics),2001,30(4):203 (in chinese)

36、4 mohr p j， taylor b n. j. phys. chem. ref. data, 1999,(28): 1713; rev. mod. phys., 2000(72): 351；沈乃澂編譯，聶玉昕審校.基本物理常數(shù)1998年國(guó)際推薦值.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2004shen n c (ed & trans),nie y x (check).1998 intemational recommeded value of fundamental physical constants,beijing: chinese metrology press,2004(in chinese)5

37、mohr p j, taylor b n. physics today,2000：53（8）：bg66 moldover m r et al. j.res.nat.bur.stand.,1988,(93):857 郭奕玲.物理， 三屆基本物理常數(shù)平差綜述是小柯論文網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)搜集，并由本站工作人員整理后發(fā)布的，三屆基本物理常數(shù)平差綜述是篇質(zhì)量較高的學(xué)術(shù)論文，供本站訪問者學(xué)習(xí)和學(xué)術(shù)交流參考之用，不可用于其他商業(yè)目的，三屆基本物理常數(shù)平差綜述的論文版權(quán)歸原作者所有，因網(wǎng)絡(luò)整理，有些文章作者不詳，敬請(qǐng)諒解，如需轉(zhuǎn)摘，請(qǐng)注明出處小柯論文網(wǎng)，如果此論文無法滿足您的論文要求，您可以申請(qǐng)本站幫您代寫論文，以下

38、是正文。1991,20(5):303. guo y l.wuli(physics),1991,20(5):303(in chinese)8 chiao w, liu r, shen p. ieee trans. instrum. meas., 1980,im-29: 2389 劉瑞珉,劉恒基,金惕若等.計(jì)量學(xué)報(bào),1995,16(3)：161 liu r m，liu h j,jint r et al.acta metrologica sinica,1995,16(3)：161(in chinese)10 張鐘華,王曉超，王登安等.計(jì)量學(xué)報(bào)，1995,16(1):1zhang z h,wang x

39、 c,wang d a et al. acta metrologica sinica,1995,(16):1(in chinese)11 luo j, hu z k, fu x h et al.phys. rev. d, 1999,59: 04200112 udem t, reichert j, holzwarth r et al.phys.rev.lett.,1999,82:356813 mohr p j, taylor b n. rev. mod. phys., 2005,(1):7714 mohr p j, taylor b n. phys.today,2007,56(7):5415 方占軍,王強(qiáng)等.物理學(xué)報(bào),2007,56(10):5681fang z j,wang q.acta phys.sin., 2007,56(10):5681(in chinese)16penning f m.physica,1936,3:87317odom bet al. phys. rev. lett., 2006,97:03080118williams e r, steiner r l, newell d b et al. phys. rev. lett., 1998, 81:24