Исследование проблем перехода к новым определениям единиц измерений, основанным на фундаментальных физических константах

• Автор: Кононогов, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 334 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Выбор и построение системы единиц на основе ФФК

1.1. Величины, единицы и размерности

1.1.1 .Физические величины и системы единиц

1.1.2. Исторические аспекты развития систем единиц

1.2. Системы единиц и фундаментальные физические константы

1.2.1. Основные единицы СИ и фундаментальные физические константы

1.2.2. Естественные системы единиц физических величин и фундаментальные физические константы
1.3. Практическая реализация единиц физических величин в системе СИ и фундаментальные физические константы

1.3.1. Методология метрологии и практическая реализация некоторых единиц СИ

1.3.2. Особенности возможного переопределения четырех основных единиц СИ - килограмма, ампера, кельвина и моля
1.3.3. Фундаментальная и практическая системы единиц Глава 2. Реализация единиц СИ в соответствии с их новыми
определениями.
2.1. Измерение времени, частоты, длины и фундаментальные физические константы
2.1.1. Цезиевый стандарт времени-частоты и фундаментальные физические константы
2.1.2. Улучшение характеристик воспроизведения и хранения единицы времени-частоты с помощью «атомных -фонтанов» и оптических стандартов частоты
2.1.3. Абсолютная метрологическая константа — скорость света, использование «светового метра» в качестве
единицы длины
2.2. Измерение массы и фундаментальные физические константы
2.3. Измерение количества вещества и фундаментальные физические константы
2.3.1. Определение единицы количества вещества - моля,
её связь с другими физическими константами
2.3.2. Численное выражение единицы количества вещества
число Авогадро
2.3.3. Современные методы определения постоянной Авогадро
и перспективы повышения их точности
2.4. Измерение температуры и фундаментальные физические константы
2.4.1. Энергетический смысл температуры
2.4.2. Динамические основы возникновения необратимости
и температура
2.4.3. Тройная точка воды и постоянная Больцмана
2.4.4. Постоянная Больцмана и единица термодинамической температуры
2.5. Спектрорадиометрия оптического излучения и фундаментальные физические константы
2.6. Измерение электрических величин и фундаментальные физические константы
2.6.1. Зарождение электрических измерений
2.6.2. Международное сотрудничество в области
единства электрических измерений
2.6.3 .Развитие системы единиц электрических величин
2.6.4. Воспроизведение единиц электрических величин СИ
2.6.5 Квантовые эталоны единиц электрических величин
2.6.6 Электрические измерения и реформа СИ 146 Глава 3. Особенности процедур передачи размеров единиц при
метрологическом обеспечении измерений в современных

технологиях
3.1. Особенности использования синхротронного излучения
в спектрорадиометрии
3.1.1. Физические основы синхротронного излучения
3.1.2.Использование источников синхротронного излучения
в эталонах спектрорадиометрии
3.1.3. Диагностика электронного пучка
3.2. Метрологическое обеспечение нанотехнологии и наноиндустрии
3.2.1. От сканирующей зондовой микроскопии — к нанометрии
3.2.2. Разрешающая способность атомно-силового микроскопа
3.2.3. Составляющие бюджета неопределенности измерений сканирующего зондового микроскопа
3.2.4. Использование тест-объектов при калибровке средств измерений геометрических величин нанометрового диапазона
3.2.5. Ограничения сканирующей зондовой микроскопии и особенности нанометрологии
3.3. Пространственные измерения геометрических параметров' поверхности
3.3.1. Измерения параметров формы и расположения поверхности
3.3.2. Измерения параметров шероховатости поверхности 197 Глава 4. Влияние нестабильности ФФК на воспроизводимость
единиц измерений
4.1. Обоснование набора фундаментальных физических констант
4.2. Исследование стабильности фундаментальных физических констант стандартной модели
4.3. Исследование вариаций постоянной тонкой структуры а
4.3.1. Лабораторные ограничения
4.3.2. Геохимические ограничения
4.3.3. Астрофизические и космологические ограничения

единства измерений.. Разработка, внедрение и применение квантовых эталонов единиц физических величин в первую очередь базируется на использовании значений ФФК, таких как скорость света с, постоянная Планка й, постоянная Больцмана кв, массы и заряды элементарных частиц: электрона,, протона и т. д. Более того, нахождение значений ФФК с высокой точностью и- повышение точности воспроизведения физических единиц и передачи их размера с помощью квантовых эталонов взаимосвязаны: , Хорошим примером этого может служить совершенствование первичных эталонов, которые, применяют при воспроизведении, хранении и передаче размеров основных единиц СИ - длины и времени. Как известно, переход к атомным эталонам; единиц длины-и времени (частоты) позволил существенно повысить точность воспроизведения этих единиц, определить с высокой точностью фундаментальную физическую константу - скорость света, что сделало возможным ввести новый эталон единицы длины, так называемый, «световой метр».
Несмотря: на рекордные показатели точности и стабильности, достигнутые в микроволновых эталонах: частоты, и времени: существует, возмож-ность значительного-улучшения: этих показателей'при переходе от. микрог волновых к оптическим эталонам частоты и времени- [35,36] и к эталонам: частоты нового поколения —«атомным фонтанам», в которых используются охлажденные: лазерным излучением до температур порядка милликельвина атомы и ионы [37]. В последние годы произошел существенный прогресс в области- создания- лазеров с высокой стабильностью и- точностью воспроизведения.частоты излучения. Например, один из наилучших эталонов частоты и.временшсостоит из: иона-ртути,- захваченного: в радиочастотную-ловушку с внутренним размером около 1 мм, и фемтосекундного лазера. Предполагается:, что в-ближайшем будущем неопределенность значения частоты эталона-частоты и времени .будет.на уровне 10'16 [38,39]. В; этом случае использование: оптических эталонов частоты открывает уникальную возможность создания эталона времени - частоты - длины нового