к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Э  Ю  Я  

Квантовая метрология
Квантовая метрология - наука об измерениях, базирующихся на квантовых явлениях. Осн. проблема К. м.- установление т. н. естеств. системы единиц физ. величин на основе фундам. констант [1, 2]. Гл. направления в К. м.: разработка и реализация квантовых эталонов (КЭ); установление соответствия между размерами единиц, воспроизводимых разл. КЭ, а также преемственности между ними и традиц. эталонами; выявление и изучение погрешностей КЭ, в т. ч. вызываемых ограничениями квантового характера (напр., неопределенностей соотношением); поиск квантовых явлений, в к-рых наиб. стабильно и с мин. погрешностью воспроизводятся значения фундам. констант и их комбинаций; уточнение и согласование их значений; развитие методов измерений с наивысшей точностью и мин. порогом чувствительности, основанных на квантовых явлениях. 
КЭ единиц физических величин системы СИ. Единица времени (секунда) воспроизводится с помощью квантового цезиевого эталона частоты. Секунда определяется интервалом, в к-ром укладывается 9 192 631 770 периодов колебаний излучения, соответствующего квантовому переходу между уровнями сверхтонкой структуры атома 133Cs с квантовыми числами F=4 и F=3. В состав национальных эталонов единиц времени и частоты помимо цезиевой атомно-лучевой трубки входят также КЭ на основе водородного генератора. Единица длины (метр). В течение более 20 лет единица длины поддерживалась с помощью КЭ на основе длины волны l излучения 86Кr. С 1983 12-й Генеральной конференцией по мерам и весам рекомендовано новое определение метра, основанное на соотношении l=cn и канонизированном значении скорости света в вакууме с=299 792 458 м/с. Для реализации эталона используют, как правило, гелий-неоновый лазер, частота генерации к-рого n измеряется с помощью КЭ секунды. Это позволяет связать эталоны единиц времени и длины (см. Оптические стандарты частоты). Единица силы тока (ампер) воспроизводится измерением магн. индукции методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на протонах или лёгких ядрах (напр., 4Не). Магн. поле создаётся эталонной катушкой точно измеренной геом. конфигурации с рассчитываемым коэф. преобразования тока в индукцию поля. Воспроизведение ампера реализуется в соответствии с соотношением I =w/Kg', где w - частота сигнала ЯМР, К - постоянная эталонной катушки, g' -  гиромагнитное отношение ядра. Для протонов g' отличается от идеального значения g=2mр/h (mр - магн. момент протона) поправками ~10-5 вследствие экранировки протона в сферич. объёме Н20. Единица эдс (вольт) воспроизводится КЭ, основанном на Джозефсона эффекте [1, 3]; при этом используется соотношение 

V = Nv(h/2e), (2) 

где N - номер ступеньки на вольт-амперной характеристике джозефсоновского перехода (N ~ 103, целое число), n - частота эл--магн. излучения, подаваемого на переход. Значение (h/2e) устанавливается в результате согласования значений фундам. констант [2]. Согласованное (1986) значение [4]: h/2e=2,06783461(61)310-15 Вб. Единица электрич. сопротивления (ом). В КЭ используется квантовый Холла эффект .Воспроизводимое квантованное значение сопротивления выражается соотношением 

R=h/pe2 (3) 

где р - целое число (номер плато в квантовом эффекте Холла), отношение h/e2 связано с безразмерной постоянной тонкой структуры: 

где m0 - магн. проницаемость вакуума. Значение a может быть установлено независимо от размеров единиц, поддерживаемых эталонами, напр., из измерений аномального магн. момента электрона. Согласованное (1986) значение: a-1=137,039895(61) [4]. 
Методы измерений с наивысшей точностью и минимальным порогом чувствительности. Наиб. широко применяется эффект Джозефсона. На основе сверхпроводящих квантовых интерферометров (сквидов)разработаны методы измерений, порог чувствительности к-рых снижен вплоть до ограничений фундам. характера. Сюда относятся, напр., пиковольтметры (порог чувствительности 10-14 В), пикоамперметры (10-15 A), веберметр (10-19 Вб, т. е. ~ 10-5 кванта потока). Из др. КЭ следует отметить эталоны, основанные на туннельном эффекте, позволяющем в сканирующем туннельном микроскопе достичь при исследовании профиля поверхности разрешающей способности порядка атомных размеров.

Литература по 

1. Современная система эталонов единиц электрических величин на основе фундаментальных физических констант и стабильных физических эффектов, М., 1977; 2) Квантовая метрология и фундаментальные константы. Сб. ст., пер. с англ., М., 1981; 3) Слабая сверхпроводимость. Квантовые интерферометры и их применения. [Сб. ст.], пер. с англ., М., 1980; 4) С о h е n Е. R., Taylor В. N., The 1986 adjustment of the fundamental physical constants, "Revs Mod. Phys.", 1987, v. 59, p. 1121; 5) Краснополин И. Я., Пудалов В.М., Семенчинский С. Г., Физический репер сопротивления на основе квантового эффекта Холла, "Приборы и техн. эксперимента", 1987, № 6, с. 5. В. М. Пудалов. 

к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ