幾十年來(lái)，計(jì)量學(xué)家一直試圖停止使用“國(guó)際千克原器”。這是一個(gè)由鉑銥合金制成的圓柱體，126年在從法國(guó)巴黎郊外一個(gè)戒備森嚴(yán)的地下室里對(duì)千克進(jìn)行著定義。如今，看上去計(jì)量學(xué)家至少掌握了用基于數(shù)學(xué)常數(shù)的定義替代該圓柱體所需的數(shù)據(jù)。
這一突破的到來(lái)恰逢其時(shí)。科學(xué)家原定于2018年對(duì)包括安培、摩爾和開(kāi)爾文在內(nèi)的多個(gè)單位進(jìn)行重新定義，千克也包括在內(nèi)。近日，國(guó)際計(jì)量委員會(huì)（CIPM）在巴黎會(huì)面，探討了下一步要采取的舉措。
千克是唯一一個(gè)仍基于實(shí)物的國(guó)際單位制。盡管從基本常數(shù)的角度對(duì)其進(jìn)行定義的試驗(yàn)在上世紀(jì)70年代便有描述，但直到去年，才有研究團(tuán)隊(duì)利用兩種完全不同的方法均獲得了足夠精確的結(jié)果，而兩種結(jié)果的一致程度足以推翻千克的實(shí)物單位定義。
2011年，CIPM正式同意從普朗克常數(shù)的角度表達(dá)千克。普朗克常數(shù)將粒子的能量同其頻率并且通過(guò)E=mc2等式在同其質(zhì)量關(guān)聯(lián)起來(lái)。這意味首先要利用基于現(xiàn)有千克參考量的試驗(yàn)設(shè)定普朗克數(shù)值，然后利用這一數(shù)值定義千克。CIPM質(zhì)量咨詢委員會(huì)建議，普朗克常數(shù)3個(gè)獨(dú)立的測(cè)量值應(yīng)當(dāng)一致，并且其中兩個(gè)應(yīng)利用不同方法。
一種方法由名為阿伏伽德羅項(xiàng)目的國(guó)際團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)。它涉及在兩個(gè)硅-28球體中對(duì)原子進(jìn)行計(jì)數(shù)，其中每個(gè)球體的重量和千克參照量相同。這使其得以計(jì)算出一個(gè)阿伏伽德羅常數(shù)，而研究人員會(huì)將其轉(zhuǎn)化成普朗克常數(shù)值。另一種方法利用的是一臺(tái)被稱為瓦特天平的設(shè)備，通過(guò)稱重測(cè)試質(zhì)量產(chǎn)生普朗克常數(shù)值，而測(cè)試質(zhì)量根據(jù)千克參考量和電磁力的對(duì)照進(jìn)行了校正。
盡管不一致的擔(dān)心很多，但在一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)室中，全新的NRC團(tuán)隊(duì)將一些被預(yù)測(cè)過(guò)但尚未予以解釋的系統(tǒng)誤差考慮進(jìn)來(lái)。2012年1月發(fā)表的相關(guān)成果同阿伏伽德羅項(xiàng)目的硅球體試驗(yàn)結(jié)果更加接近。
今年8月，當(dāng)CODATA發(fā)表其關(guān)于普朗克常數(shù)的最新值時(shí)，數(shù)值的不確定度為12ppb（1ppb為十億分之一），僅超過(guò)CODATA此前所報(bào)告數(shù)值的四分之一，并且在CIPM的要求范圍之內(nèi)。
在10月15日～16日于BIPM舉行的會(huì)議上，CIPM探討了下一步舉措。這包括對(duì)在2018年國(guó)際計(jì)量大會(huì)上有望重新定義安培、摩爾、開(kāi)爾文和千克的決議草案的討論。BIPM仍在忙于起草一份將使無(wú)法利用瓦特天平或硅球體裝置的團(tuán)隊(duì)利用新的千克定義的協(xié)議。
不過(guò)，目前仍有一些煩心事。各團(tuán)隊(duì)不得不在2017年7月1日，即普朗克常數(shù)值被修正前發(fā)表進(jìn)一步的數(shù)據(jù)。在這個(gè)截止日期前，Ullrich團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在試驗(yàn)中利用一批來(lái)自俄羅斯的新球體裝置。他希望，這將產(chǎn)生更加精確的普朗克常數(shù)值，但可能會(huì)使試驗(yàn)結(jié)果再次出現(xiàn)分歧。“然后，我們將陷入麻煩當(dāng)中。”Ullrich說(shuō)，“但我非常有信心，這不會(huì)發(fā)生。”Newell對(duì)此表示贊同。
如果他們被證明是正確的，那么2018年，國(guó)際千克原器將成為珍藏品。“我們會(huì)保留著它。”Davis說(shuō)，“只是它不會(huì)再定義任何事情。”
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