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清华校友李世松：在国际计量科学前沿不断求?/h2>
2018-11-19 | 赵伟 刘琳 | 来源 甉|p? |

SI?个基本单位被重新定义Q计量科学全面迈向量子时代！

2018q?1?3-16日，W?6届国际计量大会在法国凡尔赛D行。清华大学电(sh)机系2014届（博士Q校友、国际计量局功率天^Nl青q学者李世松作ؓ会议l织Ҏ(gu)员参会，q在此次会议核心议题国际单位制修订中做出重要贡献?/span>

李世村֍士和千克原器复制品之一的合?/span>

16日下午，来自全世?0多个国家的计量科学家、政府代表、国际组l成员齐聚会场，首期待关于“修订国际单位制QSIQ?号决议的投票l果。当W?3个会员国代表喊出最后一个“Yes”时Q全场掌声雷动。重新定义SI?个基本单位的册Q最l以53个“Yes”获得大会一致通过Q这标志着国际单位制彻底摆脱实物基准，全面q向量子计量的新时代Q?/span>

然而，Zq个历史性的时刻Q全世界的计量科学家已ؓ之奋斗了一癑֤q_

1889q_在第1届国际计量大会上Q质量的单位千克被定义ؓ“国际千克原器的质量”。但是，计量学家们研I发玎ͼq样的定义ƈ不稳定。测量实验显C：?889q到现在?00多年_国际千克原器与采用相同材料、相同保存条件的其他6个千克副基准之间的量g差缓慢地变化了约50微克。而且QSI?个基本单位的定义之间q彼此独立Q千克量值的不稳定，会媄响SI其他基本单位的量倹{例如，SI基本单位安培的定义用C导出单位牛顿Q而牛这个单位中包含质量的单位千克。再例如Q摩?dng)的定义中也用到了千克。SI?个基本单位中?个要由千克决定，q无疑会影响国际计量单位制体pȝE_性，q且会对_֯U学研究产生不良影响?/span>

国际千克原器。图据法新社

取代实物基准Q寻求一U不随时间、环境变化的质量单位千克的新定义Q早已成为国际计量领域迫切需要解决的重要问题之一。近q来Q量子技术的快速发展，为突破这个国际单位制瓉N提供了契机。于此同ӞSI的基本单位秒和米率先采用了基于基本物理常数的新定义，q由此获得了巨大成果。例如，今天采用原子钟复现秒的定义，已经辑ֈ?0-18量的准性，极大地提高了D、卫星成像等计量的准性。如此，l过多年的讨论，计量学家们达成一基本共识，即采用基本物理常数来定义未“量子化”的SI?个基本单位，包括采用普朗克常数h重新定义千克Q以?sh)子电(sh)荷e定义安培Q由阿伏伽d|常数NA定义摩尔Q利用玻?dng)兹曼常数k定义开?dng)文?/span>

重新定义后的SI的基本单位以及用于定义它们的基本物理常数。图据国际计量局

国际单位咨询委员会要求，要实现基于基本物理常数的SI?个基本单位的新定义，必须先实现对相应基本物理常数的更_֯量。这其中Q主要涉及两个基本物理常敎ͼx朗克常数和玻?dng)兹曼常敎ͼ电(sh)子电(sh)荷和阿伏伽L(fng)常数可由普朗克常数确定）Q测量的准确性分别要辑ֈ2×10-8?×10-6。显Ӟ从测量准性看Q最有难度的是如何精测量普朗克常数的量倹{而如何精测量普朗克常数Q?012q还曾被 Nature 杂志评选ؓ世界六大U学N之一?/span>

l过各国计量U学安达数十年的不懈努力，截至2017q_Ҏ(gu)朗克常数和玻?dng)兹曼常数的量Q已完全满了上q的量准确度要求，如此Q重新定义SI的上q?个基本单位的条g已经成熟。在本次国际计量大会上，所采用定义SI?个基本单位的四个基本物理常数的最l量值分别被定为：

普朗克常?/span>h=6.626 070 15 × 10?/span>34J sQ?/span>

?sh)子电(sh)?/span>e=1.602 176 634 × 10?/span>19CQ?/span>

dҎ(gu)常数Q?/span>k=1.380 649 × 10?/span>23J K?/span>1Q?/span>

阿伏伽d|常?/span>NA=6.022 140 76 × 1023 mol?/span>1?/span>

其中Q在普朗克常数量值的最l确定上QA(ch)献最大的一个精密物理实验装|是功率天^Q加拿大和美国用功率天^得的普朗克常数分别辑ֈ?×10-9?.3×10-8的准性。值得一提的是，从清华大学电(sh)机系毕业的李世松博士Q在功率天^法精测量普朗克常数以及本次SI基本单位定义修订中做Z重要贡献?/span>

国际计量局QBIPMQ功率天q题组Q右二ؓ李世村֍士。图据国际计量局

李世松于2009q?月至2014q?月，在清华大学电(sh)机系攻读博士学位Q他的博士论文就是关于质量单位千克重新定义方面的研究。在他博士论文中Q李世松提出了一U原创的惯性质量法量普朗克常敎ͼ为国际上_֯量惯性质量提供了新思\。同Ӟ李世松还是中国计量科学研I张钟华院士能量天q题组的主要成员之一Q完成了W一代能量天q的通调试验和第二代能量天^pȝ的磁体设计?/span>

2014q?月至2016q?月，李世村֜清华大学甉|pȝ(sh)气新技术研I所做博士后Q合作导师是赵伟教授。在清华大学做博士后期间Q李世松一直与国国家计量院功率天q组保持着密切合作Qƈ以课题组成员w䆾全程参与了美国国家计量院W四代功率天qNIST-4搭徏。他提出的轮换垫补（ShimmingQ法较好地解决了NIST-4体所产生的磁场在竖直方向不均匀、无法用传统Ҏ(gu)调整的难题，帮助Nl在极短的时间内完成了对体pȝ的调整。另外，他还与NIST-4Nl成员合作对功率天^体的非U性误差进行了研究Qƈ因此获得?018q美国应用计电(sh)协会的青年U学家奖?016q_国国家计量院发表了首个NIST-4_֯量普朗克常数的l果Q不定度仅?.4×10-8Q李世松是该量l果的主要合作作者。经q一q的努力Q?017q_方NIST-4量准确性进一步提升到1.3×10-8Q成为本ơ千克重新定义确定普朗克常数最重要的参考结果之一?/span>

2016q?月至今，李世松一直在国际计量局功率天^Nl工作。作为本ơ国际计量大会的l织Ҏ(gu)员，李世松与来自世界各地的同行一赯证了q一历史性时刅R据(zhn)，新国际单位体pd?019q国际计量日Q??0日）起在全世界范围内正式实施?/span>

国国家计量院第四代功率天^装置。图据美国国家计量院

本界国际计量大会上诺奖得主William D Phillips介绍国国家计量院功率天q_队提供的照片Q前排右一为李世松?/span>


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