基本物理常量的测量

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1、第六章基本物理常量的测量基本物理常数是指自然界中一些普遍适用的称为常数。它们不随时间、地点或环境条件的影响而变化。物理常数与物理学的发展密切相关，一些重大物理现象的发现和物理新理论的创立，均与基本物理常数有密切联系。例如，电子的发现是通过对电子荷质比(e/m)的测定而确定的。普朗克建立量子论的同时，提出了普朗克常数。光速是四个准确的基本常数之一，它也是狭义相对论成立的基础。为了在全球使用同一标准，1966年国际科协联合会成立了科学技术数据委员会（thecommitteeonDataforScienceandTech

2、nology,简称CODATA）。CODATA于1969年设立了基本常数任务组，其任务是定期提供基本常数值。CODATA在1973年，1986年两次推荐了基本常数值，后者的精度比前者平均约提高了一个数量级。自1998年开始，CODATA每四年提供一次最新的基本常数值，即1998年，2002年，2006年先后三次推出了最新基本常数。其中2006年的推荐值建议在2007年3月正式替代2002年的推出值。随着计算机及网络技术的发展，CODATA将以更短的周期推出更精确的最新推荐值，最新基本常数可在CODATA的官方网站h

3、ttp://physics.nist.gov/constants上查询。表一给出了CODATA2006年推荐的部分物理常数。在表6-1中，数值栏括号内的两位数表示该值的不确定度，它的含-34义是括号前两位数字存疑，如普朗克常量h=6.62606896(33)×10Js表示括号前的数字96存疑，为不准确数字。最左面的一栏表示相对不确定度。表6-1物理常量表（CODATA2006年推荐值）不确定度物理量符号、公式数值单位-8（×10）-1光速c299792458ms精确-34普朗克常量h6.62606896(33)×1

4、0Js0.05-34约化普朗克常量ħ=h/2π1.054571628(53)×10Js0.05-19电子电荷e1.602176487(40)×10C0.025-31电子质量me9.10938215(45)×10kg0.05164-27质子质量mp1.672621637(83)×10kg0.05-27氘质量md3.34358320×10kg0.05-12-1真空介电常数ε08.854187817…×10Fm精确-74π×10=12.566370614-2真空磁导率μ0-7N⋅A精确…×102-3精细结构常量α=e/4

5、πε0hc7.2973525376(50)×100.0006822里德伯能量hcR∞=mecα/213.60569193eV0.025-113-1-2引力常量G6.67428(67)×10mkgs100重力加速度（纬-2-2g9.80665m⋅sm⋅s精确度45°海平面）23-1阿伏加德罗常量NA6.02214179(30)×10mol0.05-23-1玻耳兹曼常量k1.3806504(24)×10JK1.7斯忒潘-波尔兹曼2432-8-2-4σ=πk/60hc5.670400（40）×10WmK7.0常量-26-

6、1玻尔磁子μB=eh/2me927.400915×10J⋅T0.025-27-1核磁子ΦN=eh/2mp5.05078324×10J⋅T0.025玻尔半径（无穷22-10α4=4πε0h/mee0.52917720859×10m0.00068大质量）-19电子伏特eV1.602176487(40)×10J0.025基本物理常数是制定国际单位制的基础。为了实现计量单位和单位制的统一，1954年，第十届国际计量大会决定米、千克、秒、安培、开尔文、坎德拉为六个基本单位。1960年，第十一届国际计量大会决定将上述六个基本单

7、位为基础的单位制命名为国际单位制，并以SI表示（是用法语表示的国际单位制的词头）。1971年第十四届国际单位计量大会增补了“物质的量”及其单位。1975年国际计量法规定了这七个基本单位，见表6-2，其余的单位都可由这七个基本单位导出，称之为导出单位。在国际单位制中同时有两个辅助单位，平面角和立体角。两个辅助单位见表6-3，21个导出单位见表6-4。本章列举了重力加速度、电子荷质比、电子电量、光速、玻尔兹曼常数和普朗克常数六个物理常数的实验测量方法。165表6-2国际单位制的基本单位表示单位物理量名称单位名称定义符号

8、符号长度米1米等于在真空中光线在1/299792458秒时间lmlengthmeter间隔内所经过的距离质量千克/公斤mkg1千克等于国际千克原器的质量masskilogram1秒是铯-133原子基态的两个超精细结构能时间秒ts级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周timesecond期的持续时间安培是一恒定电流。处于真空中相距1米的电流安[培]无