Universkonstanter, der nu er kendt med tilstrækkelig sikkerhed til at omdefinere det internationale system af enheder

Grundlæggende konstanter er fysiske størrelser, der er universelle i naturen. For eksempel, lysets hastighed i vakuum og ladningen af ​​en enkelt elektron er den samme overalt i universet. Det er derfor, forskere gerne vil bruge uforanderlige mængder natur til at definere de syv basismåleenheder i International System of Units (SI), eller det moderne metriske system, frem for at stole på målinger af fysiske artefakter.

Ifølge en nylig evaluering og opdatering af værdierne for de grundlæggende konstanter af forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST), Usikkerhederne i målingerne af konstanterne er nu reduceret til så overordentlig lave niveauer, at alle SI-enhederne nu kan knyttes til dem.

Denne nye og omdefinerede SI vil gavne videnskaben, teknologi, industri og handel ved at hjælpe med at sikre disse baseenheders langsigtede stabilitet og hele det internationale målesystem.

Den seneste opdatering af værdierne for de fundamentale konstanter blev forfattet af NISTs Peter Mohr, David Newell og Barry Taylor, der leder den internationale Task Group on Fundamental Constants fra Committee on Data for Science and Technology (CODATA). Denne opgavegruppe opdaterer værdierne hvert fjerde år. De nye mængder repræsenterer den seneste omfattende justering af konstanternes værdier. I sommeren 2017, opgavegruppen vil foretage en særlig opdatering for at producere de endelige værdier for fire grundlæggende konstanter, der skal vedtages i efteråret 2018 af et internationalt organ kendt som Generalkonferencen om vægte og foranstaltninger (Conférence Générale des Poids et Mesures, eller CGPM).

De syv baseenheder i SI er måleren, kilogram, sekund, ampere (et mål for elektrisk strøm), kelvin (et mål for temperatur), muldvarp (et mål for mængden af ​​et stof) og candela (et mål for lysstyrken). Målet med den nye SI er at definere alle disse enheder fuldstændigt i form af grundlæggende konstanter med nøjagtige værdier. Nogle konstanter, såsom lysets hastighed, er i øjeblikket defineret på denne måde, som nøjagtige mængder.

Eksempler på fundamentale konstanter spænder fra størrelsen af ​​den elementære ladning af en enkelt elektron eller proton til det ekstraordinære antal partikler i et mol af et stof, beskrevet af Avogadro -konstanten. Et andet eksempel er Planck -konstanten, en mængde i hjertet af kvantefysikken, der vil blive brugt til at omdefinere kilogrammet som en invariant naturegenskab i stedet for en standard platin-iridium-cylinder.

Evalueringen og opdateringen reducerer usikkerheden i både Planck- og Avogadro-konstanterne med næsten fire gange sammenlignet med den tidligere evaluering, til kun 12 dele pr. milliard. Disse usikkerheder faldt ved at forene målinger i forskellige "watt-balance" -apparater rundt om i verden og nye meget nøjagtige røntgenmålinger af en kugle af silicium i softball-størrelse, der er en næsten perfekt krystal og næsten udelukkende er fremstillet af den samme isotop af silicium (99,9995 procent silicium-28). Opdateringen reducerer den relative usikkerhed med næsten to gange, til 0,6 dele pr. million, for Boltzmann -konstanten, som kan bruges til at bestemme mængden af ​​energi i en gas ved en bestemt temperatur.

"De reducerede usikkerheder i disse fire grundlæggende fysiske konstanter er meget betydelige, "sagde NIST -kemiker Donald Burgess, medredaktør af Journal of Physical and Chemical Reference Data ( JPCRD ). "Disse nu ultra-små usikkerheder i konstanterne vil gøre det muligt for CGPM at revidere det internationale enhedssystem, så de syv baseenheder vil blive præcist defineret i form af grundlæggende konstanter. Til gengæld vil mange ligninger, der beskriver naturlovene - såsom forholdet mellem energi og temperatur udtrykt gennem Boltzmanns konstant - vil nu være nøjagtige og ikke afhænge af måleenheder, der har iboende usikkerheder på grund af den måde, de i øjeblikket er defineret på. "