普朗克常数精密测量的历史和现状

李玉芬,和穗荣,韦联福, 2

(1. 西南交通大学信息科学与技术学院, 四川成都610031；2. 东华大学理学院,上海201620)

1 引 言

基本物理常数是物理学领域的一些普适常数。它们被假设在宇宙中任何地方和任何时刻都相同,这些常数的准确数值，与测量地点、时间及仪器、材料等无关。其中,6个比较常用的基本物理常数及其推荐值见表1所示[1]。

表1 基本物理常数及其推荐值Tab.1 Recommended values of basic physical constants

除了万有引力常数G外,其它5个基本物理常数均已被定义为精确值,特别是普朗克常数2019年被精确定义。事实上,该常数自1900年普朗克在研究黑体辐射规律引入以来,人们一直努力实现其精密测量，直到2017年,有超过3家机构提交的该常数测量值相对不确定度优于5×10-8,其中加拿大国家研究委员会(National Research Council,NRC)使用基布尔秤测得该常数的值[2]h=6.626 070 133(60)×10-34J·s,相对不确定度(9.1×10-9)优于2×10-8,才被国际度量衡委员会(International Committee of Weights and Measures,CIPM)批准推荐国际科技数据委员会(Committee on Data for Science and Technology,CODATA)2017年的平差结果为该常数的精确值[3]。

表2列出了历年CODATA对该常数的推荐值及其相对不确定度[4～6]。2019年5月20日CODATA将该常数的平差结果h=6.626 070 150(69)×10-34J·s (其相对不确定度为1.0×10-8)定义为普朗克常数的精确值。由此,国际单位制中7个基本单位: 电流单位安培A、热力学温度单位开尔文K、物质的量单位摩尔mol、时间单位秒s、长度单位米m、发光强度单位坎德拉cd和质量单位千克kg均实现了基本物理常数定义[7]。

表2 历年CODATA对普朗克常数的平差结果Tab.2 Adjustment results of Planck constant by CODATA

普朗克常数的精确测量之所以重要,是因为： 第一,作为量子理论的重要标志,它几乎与所有的量子效应的实验观测密切相关,其精确值涉及许多量子现象的描述；……