Ученые из Национального института стандартов и технологий (NIST, США) с большой точностью измерили постоянную Планка. Это было сделано в первую очередь для переопределения килограмма в терминах фундаментальных физических констант. Дело в том, что эталонный платиново-иридиевый брусок, хранящийся в Палате мер и весов, подвержен эффектам диффузии и испарения, из-за чего его масса не является постоянной. Соответствующая статья опубликована в журнале Metrologia.

В 2011 году на Генеральной конференции по мерам и весам была принята резолюция о переопределении всех основных единиц таким образом, чтобы их численные значения были определены исключительно с помощью фундаментальных физических констант и свойств атомов. При этом, для введения нового килограмма, главной рекомендацией стало измерение постоянной Планка с достаточной точностью с дальнейшим выражением килограмма через найденное значение, а масса платино-иридиевого эталона на момент определения будет равна новому килограмму с некой погрешностью.

Измерением численного значения постоянной Планка занялись три организации: Национальный институт стандартов и технологий (NIST, США), Национальный метрологический институт (PTB, Германия) и Национальный исследовательский совет (NRC, Канада). При этом NIST и NRC используют в качестве установки весы Киббла (более ранее название — весы Ватта), в то время как в РТВ проводят прямые измерения объема и массы шара из монокристалла кремния ²⁸Si, а также плотность упаковки в нем атомов, измеряя таким образом число Авогадро. Оно, в свою очередь выражается через фундаментальные константы, в том числе и постоянную Планка.

На сегодняшний день в NIST работает уже четвертое поколение весов Киббла. Принципиально они устроены следующим образом: на одну чашу весов установлен образец, массу которого необходимо измерить. Вместо второй чаши используется катушка в магнитном поле, которая уравновешивает весы за счет силы Ампера, действующей на катушку. Более подробно о установке NIST-4 можно прочитать тут.

Более высокая точность измерений по сравнению с предыдущими результатами установки обусловлена следующими факторами: по-первых, собрано большее количество статистики. Во-вторых, ученые обнаружили, что ранее они несколько переоценивали влияние магнитного поля катушки на установку. В-третьих, исследователи более точно измерили эффекты, связанные с движением катушки в магнитном поле. Все это позволило увеличить точность измерений с 34×10⁻⁹ стандартных отклонений до 13×10⁻⁹. Само значение постоянной Планка в эксперименте оказалось равно h = 6.626 069 934(89)×10⁻³⁴ Дж·c.

Окончание экспериментов во всех трех лабораториях, как и переопределение самого килограмма, запланировано на 2018 год. Стоит отметить, что на той же Конференции по мерам и весам планируется переопределение и других физических констант, в том числе ампера, кельвина и моля.

Александр Чепилко