Особливості квантових еталонів і особливий статус секунди в SІ-2019

Автор(и)

  • Павло Неєжмаков Національний науковий центр “Інститут метрології”, вул. Мироносицька, 42, 61002, Харків, Ukraine
  • Олена Васильєва Національний науковий центр “Інститут метрології”, вул. Мироносицька, 42, 61002, Харків, Ukraine
  • Юрій Павленко Національний науковий центр “Інститут метрології”, вул. Мироносицька, 42, 61002, Харків, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.24027/2306-7039.4.2023.298584

Ключові слова:

Нова SІ-2019; квантові методи і еталони; секунда; визначальні сталі; перевизначення одиниць; невизначеність вимірювання

Анотація

Введення Нової SІ у 2019 р. і визначення основних одиниць через “визначальні сталі” суттєво змінило методологію метрології і привело до впровадження квантового підходу при відтворенні одиниць. У статті підкреслено ряд особливостей квантових методів і еталонів, гранична точність яких обмежується лише “квантовою структурою природи”. Для електричних вимірювань введення Нової SІ означає кінець дуалізму, який існував із 1990 р. Дуалізм полягав у тому, що в SІ діяло визначення основної одиниці від електрики – ампера − через механічні вимірювання та величини, а на практиці для еталонних вимірювань рекомендувалось використовувати квантові ефекти Джозефсона і Холла.

Розглядається ряд особливостей квантових методів і еталонів, які дозволили підняти точність відтворення електричних одиниць (а ще раніше − одиниць часу і довжини) на кілька порядків у порівнянні з “доквантовою” епохою.

Ще однією особливістю SІ-2019 став той факт, що вона пов’язала одиниці всіх основних величин із секундою і тим самим відкрила шлях до відтворення одиниць через визначальні сталі (які в SІ-2019 фіксовані без невизначеності) й секунду, яка вимірюється з найвищою точністю. Таким чином, основним завданням метрології стає встановлення зв’язку величини, що вимірюється, з секундою. В електричних і деяких інших видах вимірювань цю функцію виконують квантові методи, що наводяться у статті.

Надзвичайно висока точність вимірювання часу, можливість його передавання по комунікаційних лініях, а також системоутворювальний характер секунди визначають її особливий статус у SІ-2019.

Показано, що успіхи у створенні стандартів частоти в оптичному діапазоні обіцяють подальше підвищення точності відтворення секунди, що лише підвищує її статус, а також може привести до її офіційного перевизначення через частоту іншого квантового переходу вже в оптичному діапазоні.

Висловлюється думка, що розвиток квантових методів вимірювання, рахунковий характер цих методів, названі в статті особливості секунди наближають нас до створення нової метрології, яка буде логічним продовженням квантової та яку можна умовно називати “цифровою”.

Посилання

Resolutions adopted at the 26th meeting of the CGPM (2018). Available at: https://www.bipm.org/utils/common/pdf/CGPM-2018/26th-CGPM-Resolutions.pdf (accessed 05.04.2019).

SI Brochure: The International System of Units (SI). 9th edition (2019). Available at: https://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/

Ernst O. Gӧbel, Uwe Siegner. Quantum Metrology: Foundation of Units and Measurements. New York, Willey-VCH, 2015. 232 p.

K. von Klitzing, G. Ebert. The quantum Hall effect. Physica B+C, 1983, vol. 117–118, part 2, pp. 682–687.

Pavlenko Yu., Neyezhmakov P., Maslova N. Vykorystannia efektu yadernoho mahnitnoho rezonansu dlia vidtvorennia elektrychnykh odynyts u New SI [The use of the nuclear magnetic resonance effect for the reproduction of electrical units in the New SI]. Ukrainian Metrological Journal, 2013, no. 3, pp. 3–10 (in Ukrainian).

Machehin Yu.P., Negrijko A.M., Solovev V.S., Yacenko L.P. Opticheskie standarty chastoty [Optical measurement standards]. Part 1. Kharkov, Kollegium Publ., 2010. 144 p.

Katori H. Optical lattice clocks and quantum metrology. Nature Photon, 2011, no. 5, pp. 203–210. doi: https://doi.org/10.1038/NPHOTON.2011.45

Judah Levine, Patrizia Tavella, and Martin Milton. Towards a consensus on a continuous coordinated universal time. Metrologia, 2023, vol. 60, 014001. doi: https://doi.org/10.1088/1681-7575/ac9da5

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-02-18

Номер

Розділ

Статті