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新手已上路木蟲 (職業(yè)作家)
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阿伏加德羅常數(shù)的新數(shù)值重新定義千克
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一個(gè)計(jì)劃于2018年重新定義“千克”的國際項(xiàng)目近期得到了來自意大利，日本和德國的研究者們的幫助，將兩個(gè)最準(zhǔn)確的阿伏加德羅常數(shù)測量值關(guān)聯(lián)起來并得到了可用于未來計(jì)算的平均值。他們的這一結(jié)果本周發(fā)表在由美國物理聯(lián)合會(huì)出版的《物理與化學(xué)參考數(shù)據(jù)期刊》中。 阿伏加德羅常數(shù)約為6.022x10^23—這是一個(gè)數(shù)值大到不可思議的量，它大于地球上所有沙粒的總數(shù)，也大于宇宙中所有星體的總量。阿伏加德羅常數(shù)表達(dá)了“一摩爾”物質(zhì)中原子或者分子的數(shù)量，是一種將微小粒子歸并成更有意義的量的有效方法。比如，一摩爾的水僅是幾茶匙的液體。阿伏加德羅常數(shù)與其他一些物理常量相關(guān)聯(lián)，因此它的數(shù)值可被用來描述其他的單位，例如千克。 該團(tuán)隊(duì)在過去曾多次計(jì)算出阿伏加德羅常數(shù)。每次的方法都是通過計(jì)算出一千克高純度Si28球體內(nèi)的原子總數(shù)而獲得阿佛加德羅常數(shù)值。因?yàn)楫?dāng)硅結(jié)晶時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)形成一個(gè)個(gè)含有八硅個(gè)原子的立方晶胞。通過測量立方晶胞，可計(jì)算出球體體積與單個(gè)硅原子所占空間的比例，從而得到球體中原子的總數(shù)。 今年早些時(shí)候，該研究組測得了新的阿佛加德羅常數(shù)，測量的不確定性在小于每十億個(gè)原子相差20個(gè)原子以內(nèi)—這比研究組在2011年所測得的誤差每十億個(gè)原子相差30個(gè)原子更為精確。因?yàn)閮蓚�(gè)數(shù)值均有一定程度的不確定性（盡管很�。�，但為了獲得更為精確的數(shù)值，研究者們將二者相關(guān)聯(lián)之后取平均得出一個(gè)更為中立的值，即 6.02214082(11)x10^23。括號(hào)中的數(shù)字表示結(jié)果中最后兩位估值數(shù)字的不確定性。 從阿佛加德羅常數(shù)到千克 目前，一千克質(zhì)量的物理標(biāo)準(zhǔn)是來自一個(gè)大小如高爾夫球的鉑銥圓柱體，目前存放于法國塞弗爾（Sevres， France）的國際度量衡局。但是在科技全球化的今天，只有一個(gè)千克原器并且其他一切都必須據(jù)此進(jìn)行校準(zhǔn)，本身是影響進(jìn)步的障礙。況且，千克原器自身也會(huì)隨著時(shí)間的推移，因表面反應(yīng)而出現(xiàn)質(zhì)量上微妙的偏差。 這就是為什么國際計(jì)量界正在重新定義千克，這次的定義是基于物理常量而非一個(gè)實(shí)際物體。經(jīng)過多年的討論和研究，千克將于2018年基于普朗克常數(shù)而被正式重新定義。 但是，重新定義SI單位要遠(yuǎn)復(fù)雜于更新字典。“在重新定義千克之前，我們必須證明在世界最好的平衡精度范圍內(nèi)，新的實(shí)現(xiàn)方法和現(xiàn)有的是不可區(qū)分的，”論文的主要研究者之一Giovanni Mana說。 “否則，從目前的定義重新改變?yōu)樾碌亩x時(shí)，所有科學(xué)界，工業(yè)界和商界的用戶都必須改變現(xiàn)有相關(guān)器具的質(zhì)量值。“這種調(diào)整將既耗時(shí)又不方便，同時(shí)也將會(huì)帶來很多誤差�！� 這就是阿佛加德羅常數(shù)的用武之地。在基于普朗克常數(shù)創(chuàng)建一個(gè)新的千克定義時(shí)， 計(jì)量學(xué)家首先要確定普朗克常數(shù)的數(shù)值足夠精確可靠。而普朗克常數(shù)可以從阿伏加德羅常數(shù)和其他已知的更為精確的常量推導(dǎo)出來（反之亦然）。因此阿伏加德羅常數(shù)更精確的定義也可以“校準(zhǔn)”普朗克常數(shù)的定義。 盡管確定阿佛加德羅常數(shù)并沒有正式成為定義質(zhì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)，但計(jì)數(shù)硅原子依然是檢驗(yàn)基于普朗克常數(shù)的新標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確性的重要方式，也是檢驗(yàn)該標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際應(yīng)用中準(zhǔn)確性的一種方法。而通過兩種不同方法測量出的千克也應(yīng)密切相互一致。 最終，千克的重新定義會(huì)使很多實(shí)驗(yàn)室更容易獲得精確測量�！霸谟�(jì)量學(xué)中，必須確保獨(dú)立和民主，要避免某一個(gè)國家或?qū)嶒?yàn)室的壟斷地位，”Mana說。確定阿佛加德羅常數(shù)新數(shù)值朝這個(gè)方向邁出了一小步。 “重新定義千克的技術(shù)缺失是重新定義整個(gè)計(jì)量單位系統(tǒng)的最大障礙。計(jì)量單位系統(tǒng)的重新定義有望為精確測量帶來更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和可靠性，為科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步搭建了舞臺(tái)，”Mana說。（美國物理聯(lián)合會(huì) 張錚錚） |
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