已经可以肯定的是,2018 年秋天将被载入科学史册。甚至可能不仅是科学史记录了这一事件,更根本的是,文化史也记录了这一事件。因为在 2018 年秋天,一些国家计量机构用最高水平的测量技术花费了数年和数十年的时间和印章的东西将被盖上:对国际单位制(Système)的根本性修订国际统一组织(International d'Unités,简称 SI)。 (基本)单位将以一种根本性的方式重新定义,以至于人们不得不谈论范式转变。从这一刻起,告诉世界尺寸的将不再是一组选定的、带有所有历史限制、任意性和理想化的基本单位,而是一组自然常数。换句话说,与任何衡量标准相比,这些“对象”确实是不可改变的。今天,我们有了单位,并在这个单位制中确定了自然常数的值——这导致了一个值得注意的情况,即自然常数的值不断变化,因为我们的测量能力反映在这些值中。明天,即 2018 年秋季之后,这种关系将发生逆转:单位由自然常数的固定值产生
前言 1 标准化 1.1 简介 1.2 标准化发展简史 1.3 标准化的基本概念 1.4 作为规范性文件的技术规范 1.5 组织标准 1.6 标准化和技术法规文件信息 1.7 标准化的制定和批准程序国家标准 1.8 违反国家强制性要求标准和认证规则的责任 1.9 制定确保产品质量的措施1.10 标准化机构和服务体系 1.11 国家标准化体系 1.12 产品和服务确认体系的特点 1.13 国际和地区标准化 1.14 标准的实施。标准标记。产品标签 1.15 CIS 标准化 2 认证 2.1 产品认证。认证概念 2.2 认证方案 2.3 制定确保产品质量的措施 2.4 认证机构和检测实验室(中心)的认可 2.5 技术法规制定中强制符合性确认形式和方案的选择 2.6 国际认证 2.7 参与者3 计量学 3.1 计量学的本质和目的。计量及其组成部分 3.2 测试期间的测量。在工艺过程和生产管理中确保测量有效性的条件 3.3 测量和物理量 3.4 物理量 3.5 物理量单位制 3.6 标准和标准样品 3.7 测量尺度
历史上,在 SI 中,能量的定义仅适用于机械领域,其中给出了质量、时间和长度的单位。因此,电学单位只能通过复杂的机械实验来定义。以前,安培被定义为两根平行导线之间流动的电流在它们之间产生的明确定义的力,这是一个难以通过实验实现的抽象概念。随着量子电学标准的出现,特别是 1962 年 B. Josephson 对约瑟夫森效应的预测 1 ,以及 1980 年 K.v. Klitzing 发现量子霍尔效应 2 ,电学单位的机械实现停止了,电学单位与 SI 脱节,并被用作国际上的“常规”单位。2019 年的修订消除了这种二分法,并巩固了我们的单位制。质量的机械单位是使用约瑟夫森和量子霍尔效应通过电力定义的。虽然基布尔天平 3 成功地合理化了质量单位千克,但它从未在单一实验装置中做到这一点。通常,冯·克里青常数是在单独的实验中实现的,并通过传统的传输标准、导线或薄膜电阻器在基布尔天平中使用。美国国家标准与技术研究所 (NIST) 的研究人员在单个电流源装置中采用了两个量子电标准,其中基布尔天平的线圈
今天,我们已经可以肯定地说,2018 年秋季将载入科学史册。也许,不仅仅是科学史会注意到这一事件,文明史本身也会注意到这一事件。因为,2018 年秋季,各国计量机构将签署并盖章一份承诺,这是他们多年甚至几十年来在最高测量领域工作的总和:对国际单位制(Système international d’unités,简称 SI)进行根本性修订。SI(基本)单位的新定义本质上是如此根本,以至于称其为范式转变并不为过。从那时起,决定世界测量的不再是少数选定的基本单位(以及它们所有过时、武断和理想化的概念),而是一组基本常数。与所有物质测量相反,这些常数代表真正不变的“对象”。在组成当前使用的单位的系统中,基本常数的值是指定的——这导致了一个引人注目的情况,即基本常数的值处于永久的变化状态,因为我们的测量能力反映在这些值中。从 2018 年秋季开始,这种关系将发生逆转:从基本常数的指定值中,单位将作为推论得出。假设基本常数是真正的常数,那么我们的单位制将拥有最坚实、最可靠的基础。从字面意义上讲,这些单位将是通用的:原则上,它们可以应用于整个宇宙。简而言之,即使是火星人也能理解千克是什么(这一壮举目前还不可能实现,除非我们向火星人发送千克的原型——
本报告是为美国国家标准与技术研究所 (NIST) 工程实验室根据国家地震灾害减少计划 (NEHRP) 地震结构与工程研究合同 SB134107CQ0019、任务订单 10279 编写的。本出版物的内容不一定反映 NIST 或美国政府的观点和政策。本报告由 NEHRP 顾问合资企业制作,该企业是应用技术委员会 (ATC) 和地震工程研究大学联盟 (CUREE) 的合资企业。在努力提供实用和准确的信息的同时,NEHRP 顾问合资企业、作者和审阅者对此处包含的信息不承担任何责任,也不提供任何明示或暗示的保证。本报告所含信息的用户承担因使用而产生的所有责任。除非另有说明,本报告中提供的照片、图表和数据均由 NEHRP 顾问合资企业员工或根据合同聘用的顾问开发或提供,以提供受雇作品信息。与其他已发布信息的任何相似之处均为巧合。本报告中引用的来自外部来源的照片和图表已获得许可复制。任何其他用途均需获得版权持有人的额外许可。在准备本报告信息时可能使用了某些商业软件、设备、仪器或材料。本报告中的标识并不意味着 NIST 的推荐或认可,也不意味着此类软件、设备、仪器或材料一定是可用于此目的的最佳产品。NIST 的政策是在其所有出版物中使用国际单位制(公制单位)。但在本报告中,信息以美国单位呈现。习惯单位(英寸磅),因为这是美国地震工程行业首选的单位制。封面照片 – 等震线图,2010 年 2 月 27 日,莫尔地震(美国地质调查局,2011 年)
概述 光学时钟和频率标准是当今最精确的测量设备。但是,需要进一步改进以扩展其在基础计量学中的应用。该项目研究了激光冷却的捕获离子,作为下一代最高精度光学时钟的参考。虽然大多数带有捕获离子的精确光学时钟都是基于单个离子,但该项目研究了多达数百个离子的库仑耦合固体状态的集合,称为库仑晶体 (CC)。这种多离子方法为稳定性更高的时钟提供了更高的信噪比,并使得研究由碰撞或相互作用引起的微小频率偏移成为可能。研究了时钟和冷却剂离子的不同组合,并为对以前无法接近的系统进行精确测量提供了机会,例如具有光学核跃迁的高电荷氩离子和钍离子。主要成果是开发和实施了一系列不同离子(包括放射性同位素 229 Th)的加载和冷却方法。已经证明了双离子、两种物种时钟操作,并且已经对协同冷却的 115 In + 和 40 Ar 13+ 进行了精确的频率测定,其中后者的结果代表了高电荷离子精确测量的突破。需求 在 SI 单位制中,时间单位的实现处于关键位置,因为单位秒通过定义常数包含在七个基本单位中的六个的定义中。光学时钟研究的进展继续快速降低不确定度,目前评估范围为 10 -19。在准确性或稳定性方面具有特定优势的新参考系统需要研究新的实验方法以及相关的原子、分子和核数据。到目前为止,尚未详细研究过激光冷却的两种库仑晶体的结构和动力学,而控制和理解这种结构和动力学对于改进光学时钟和频率标准至关重要,并且对于优化协同冷却和光谱学也必不可少。协同冷却,即一种离子物种被激光冷却,另一种离子物种通过库仑相互作用冷却,可以研究更广泛的光学时钟相关离子。现有的光学时钟陷阱加载方法已针对单电荷物种进行了优化,并基于蒸发或激光烧蚀,结合电子撞击或光电离。然而,它引入了离子之间以及与离子阱的时间相关电场之间的额外库仑相互作用,并且需要进一步研究这些相互作用引起的频率偏移。对半衰期为 7920 年的放射性 229 Th 同位素的研究需要对 Th 3+ 和更高电荷态采用有效的加载方法,以便以最小源活动操作核光钟。离子钟会受到与背景原子和分子碰撞的影响,从而产生一系列影响,从频率偏移、亚稳态能级的激发或猝灭到通过电荷交换或化学反应导致的离子损失。为了可靠地排除或估计低 10 -18 能级的系统偏移,必须系统地研究碰撞的影响。在这个原子和核物理之间的新交叉学科领域中,所需的先进实验基础设施通常无法在一个高度专业化的实验室中使用。因此,需要便携式激光光谱设备。目标