基本物理常数和量子基准的建立.ppt

但是，电流基准的建立依然存在困难：1、电容器的电极必须做得非常小。目前用微电子刻蚀法做出的电极的线度在几十纳米量级。2、要求电容器所处的环境温度很低。实验表明只有当达到几mK这样的深低温时才能观察到明显的单电子隧道效应。3、要求频率很高。采用常用的高频信号耦合技术时，只能达到MHz量级，此时相应的电流只有pA量级。频率再高时由于线路寄生参数的影响，电路不能正常工作。而当前能够精密测量的小电流至少需达到μA量级，两者相差了六个数量级。二、基本物理常数与量子基准的建立21第23页，共35页，星期日，2025年，2月5日在电压量子基准和电阻量子基准建立之后，电功率的量子基准就可以导出。电功率的量子基准,可设想在量子化霍尔电阻RH=h/(ie2)上加一约瑟夫逊直流电压V=n(h/2e)则得其电功率为:p=v2/RH=n2ihν2/4此量子基准的建立同样可以用普朗克常量h这个基本物理常数结合频率标准导出电流单位。因而，与功率有关的量子基准可以通过此公式导出。2.6.3、电功率的量子基准二、基本物理常数与量子基准的建立22第24页，共35页，星期日，2025年，2月5日目前,各国的计量研究院正在努力攻克经典计量学中的顽固堡垒—质量单位的实物基准，即希望用某种量子计量基准来代替尚在使用的铂铱合金千克砝码实物基准。此实物基准是19世纪制成的,当时估计其准确度为10-9量级,在19世纪的各种计量基准中首屈一指。可惜的是其后陆续发现了不少因素（表面氧化、吸附杂质等）会使其保存的质量量值不断发生变化。该砝码质量的增加量可能已达到了十多微克(1×10-8以上)。为建立质量单位量子基准，目前，正在进行的有3种方案。1、硅球法2、瓦特天平法3、金粒子法二、基本物理常数与量子基准的建立2.7、基本物理常数和质量的量子基准23第25页，共35页，星期日，2025年，2月5日LOGOLOGOLOGOLOGOLOGOLOGOLOGOLOGO基本物理常数和量子基准的建立第1页，共35页，星期日，2025年，2月5日目录一、计量基准的变迁二、基本物理常数与量子基准的建立第2页，共35页，星期日，2025年，2月5日一、计量基准的变迁1.1、计量基准起源自人类社会建立以来，物质交换活动就一直在进行。为了把客观世界的特性用数量表达，就需要进行测量，测量过程实质上是一种比较的过程。要进行比较，当然要有一个特定的比较对象，而这个特定比较对象即是所谓计量基准。在长期的探索过程中，人类社会中出现各式各样的计量基准。针对这些计量基准的不同特性（时间、长度等），物质的量化也就有了不同的单位（秒、米）来对其进行描述。实际上计量基准即是用于保存和复现这些基本单位的装置。为了保证计量的准确性和可靠性，统一计量单位和计量标准是必要的。1第3页，共35页，星期日，2025年，2月5日一、计量基准的变迁1.2、计量基准建立的发展秦始皇首次统一中国的计量标准(统一度量衡)是历史上我国对计量事业的重要贡献。18世纪以后由于世界性的工业革命以及国际贸易的发展，首先在欧洲形成了一种国际性的计量单位制—米制,确定了以米、千克、秒为最基本的计量单位。目前国际上一致公认的国际单位制SI。其中规定了米、千克、秒、安培、开尔文、坎德拉、摩尔7个基本单位，其他各种单位则由这7个基本单位导出。2第4页，共35页，星期日，2025年，2月5日一、计量基准的变迁1.3、国际单位制7个基本单位3第5页，共35页，星期日，2025年，2月5日20世纪50年代以前,计量基准的量值一般是由实物基准所保存及复现的。这种实物基准一般是根据经典物理学的原理,用某种特别稳定的实物来实现,而且总是用工业界所能提供的最好的材料及工艺制成,以保证其稳定性。千克砝码原器就是用铂铱合金制成的一个圆柱体。X型铂铱合金米尺两条刻线间距定义为长度单位米。电学实物基准是保存在国际计量局的饱和式韦斯顿标准电池组。一组标准电阻线圈的电阻平均值保持电阻单位。一、计量基准的变迁1.4计量基准的实物标准4第6页，共35页，星期日，2025年，2月5日随着科技及工农业的发展,这样的传统计量量值传递检定系统开始反映出下列的不足之处:实物基准一旦制成后,总会有一些不易控制的物理、化学过程使它的特性发生缓慢的变化,因而它所保存的量值也会有所改变。最高等级的实物计量基准全世界只有一个或一套，一旦由于天灾、战争或其他原因发生意外损坏，无法完全一模一样地复制出来，原来连续保存的单位量值也会因之中断。量值传递检定系统庞大繁杂,从最高等级的实物基准