美国国家标准与技术研究所 (NIST) 的工作是将时间和空间分解成极其微小的碎片,以便我们改进对宇宙的测量。
这一次,它给出了迄今为止最精确的普朗克常数值——这个数字将有助于科学技术数据委员会明年修改公斤的官方定义。
新调整的最终提交将于 7 月 1 日提交,NIST 及时获得了新数据。
为了不妨碍细节,NIST 最新的普朗克常数测量值为 6.626069934 x 10^−34 kg∙m2/s,替换旧的6.62607004 x 10^−34 kg.m2/s。
科学家们使用了一种最先进的机器,称为粗磨平衡以确定这个数字,您可以将其带到银行,不确定性仅为十亿分之十三。这超过了 NIST 上次测量的不确定度,后者的不确定性为十亿分之 34。
那么,这个普朗克常数是怎么回事,我们为什么要关心呢?
这个号码的名字来源于马克斯·普朗克我们要感谢这位物理学家,他在大约一个世纪前开创了量子理论。
虽然量子力学通常以盒子里的死/活猫和幽灵般的粒子远距离相互交谈,其核心是能量的量子化。
换句话说,能量的传递并不像流动的水流,而是像沙子一样,以颗粒或固定数量移动,称为沙子。量子。
普朗克通过测量振动原子发出的热辐射来解决这个问题,并确定波的频率都是他称之为基数的倍数小时。
你可以有 h、2h 或 3h,但不能有一半,为我们提供能量的“颗粒”。
该 h 现在称为普朗克常数,可以乘以波的频率来确定其总能量。
由于爱因斯坦表明能量和质量或多或少是同一枚硬币的两个面,因此普朗克常数也可以用来描述物体的质量。
在过去,单位是基于自然界中常见的一些长度或重量的相当粗略的比较。例如,英寸的基础是三颗大麦玉米种子,一磅一度被标准化为5,760 粒大麦玉米种子。
由于我们需要更精确的测量,我们需要找到更精细、更一致的通用测量来标准化我们的长度和质量单位。
秒为基础原子在特定条件下来回摆动所需的时间,和一米现在基于该秒的一小部分时间内真空中光路的长度。
很长一段时间以来,公斤都与单一参考进行比较——大K。这个由铂和铱制成的圆柱体被保存在巴黎的一个金库中,全世界都将其与它的所有公斤进行比较。
尽管如此,原子还是会时不时地脱落,甚至使得这个金块随着时间的推移变得不一致。
标准化公斤的一种方法是表述它等于特定的原子数特定元素的。
2011年, 这国际度量衡委员会正式同意你不能得到比普朗克常数更一致的常数,因此他们根据该常数的测量确定了一个数学定义应该成为新的千克。
虽然常数没有改变,但我们对它的最佳猜测会随着更多更好的数据而改进。
NIST 使用的粗粒天平基本上是一个手臂上的重物,其线圈位于磁场内。电流通过线圈会产生另一个推动质量块的磁场。
研究人员使用特殊方程测量电流和手臂在有重和无重的情况下的运动,从而得出普朗克常数。
NIST 并不是通过更好的平衡得出新常数,而是通过使用更大的结果库以及对设备磁场特性的更好理解。
“需要进行三项不确定性低于十亿分之五十的实验,以及一项低于十亿分之二十的实验。但我们有三项实验的不确定性低于十亿分之二十。”团队负责人斯蒂芬·施拉明格说道。
有了这些闪亮的新数字,NIST 希望在 CODATA 明年 11 月推荐新标准时考虑到所有研究后,改进当前的千克定义。
该研究已提交至期刊计量学。