重新定義千克研究獲重要進展

本報訊法國巴黎郊區的一座安全庫中有一個環境得到控制的房間。屋內3個鐘形玻璃罩下放置著一個雞蛋大小的金屬柱體。世界上所有其他物質都以這個所謂的「千克原器」為標準進行度量。

不過，它或許很快將從過去127年間掌控的標準制定「寶座」上退位。科學家正試圖利用一個自然基本常數定義質量。現在，美國國家標準與技術研究院（NIST）物理學家Stephan Schlamminger帶領團隊在替代標準千克的道路上到達一個重要里程碑。

科學家在一台被稱為NIST-4、旨在測量基本物理量——普朗克常數的新機器上進行了首次完整測量。普朗克常數將量子粒子的頻率同其能量關聯起來，而這又通過愛因斯坦的E=mc2公式和質量聯繫起來。

NIST-4是一架瓦特天平，可將物質的重量和使其保持平衡所需的電磁力進行比較。隨後，運行電流通過懸浮在磁場中的線圈時產生的電磁力，可被用於計算普朗克常數。

在全球重新定義千克（目前定於2018年進行）前，多個獨立的普朗克常數測量值必須相互一致。Schlamminger 表示，NIST-4的首個普朗克常數測量值可能符合這一標準。該團隊在美國物理聯合會下屬《科學儀器評論》雜誌上報告了這一數值。它同其他實驗的匹配度相對較好，並且不確定性只有十億分之34。

該團隊的目標是在明年將不確定性降至十億分之20。他們認為，可通過更加精確地測量線圈中的電流如何影響磁場在線圈中的位置以及減少測量噪音，實現這一目標。（宗華）

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