美国国家标准与技术研究院(NIST)的物理学家将一个机械物体的温度降至新低,突破了所谓的“量子极限”。
《自然》杂志刊文介绍了NIST的这个新实验。文章描述了如何将一只纳米尺度上的机械鼓---- 一个可以振动的铝薄膜----冷却到低于五分之一个能量量子的温度,这个温度低于量子力学预言的低温度。
NIST的科学家说,理论上这个技术可以把物体冷却到零度,这是一个万物沉寂、没有能量、也没有运动的温度。
“鼓被冷却到的温度越低,在应用中的表现就越好,”该实验的负责人、NIST物理学家JohnTeufel说。“传感器会更加地灵敏;储存器可以保存更久的信息。若用来造量子计算机,计算过程会没有任何失真,可以准确地给出你想要的答案。”
铝鼓的直径200纳米,厚度100纳米,它嵌在一个特殊设计的超导电路中,鼓的振动可以影响在其腔体中来回反射的微波。微波也是电磁波的一种,是一种看不见的“光”,比起可见光来,它的波长更长,频率更低。
我们知道,光子的频率越高,能量就越大,多余的能量自然来自量子鼓本身。当光子积累到一定程度后便从鼓中溢出,带走这些能量,鼓就被冷却下来了。这个原理与大名鼎鼎的激光冷却原理大同小异,1978年NIST次用激光冷却了一个原子,如今激光冷却已经被应用于原子钟等广泛领域。
近的一次NIST实验又有了新的改进----使用“压缩态光”(squeezed light)来驱动电路。“压缩”(Squeezing)是一个量子力学的概念,一个处于压缩态的光子,其噪音或量子扰动被压缩到了低。
在量子扰动的制约下,传统技术只能将物体冷却到了某一个低温度,NIST的团队通过使用压缩光,获得了更加的电流频率。这个特殊的电路可以产生十分“纯净”的光子,将量子扰动控制在低水平,从而突破了低温度的限制。
影响了人类半个世纪的国际计量体系,将在2018年发生重大变革。在量子技术与互联网技术的结合作用下,2018年国际单位制(SI)将重新定义,世界测量技术规则将被重构。
日前,由中国计量院承担的国家质检总局科技计划项目“高准确度真空质量测量系统的建立”项目通过验收。项目在我国建立了大量程1kg的高准确度真空质量测量装置,真空质量测量重复性、灵敏度达到国际水平,成功解决了2018年国际质量单位千克重新定义后质量量值传递技术关键问题。
国际单位制(SI)是全球统一的计量单位制,是构成国际计量体系的基石。国际单位制的核心是7个基本单位,即时间单位“秒”、长度单位“米”、质量单位“千克”、热力学温度“开尔文”、电流单位“安培”、发光强度单位“坎德拉”和物质的量单位“摩尔”。自1971年以来,这7个基本量,一直作为国际单位制的基本单位。
在国际单位制7个基本量中,质量单位是目前靠实物基准复现的。然而,由于实物基准易受环境影响,在长期稳定性方面具有局限性,国际上计划在2018年实现对质量单位“千克”进行重新定义。届时,基于量子物理的质量自然基准将取代目前尚在使用的国际千克原器实物基准,成为国际质量单位新的源头。由于未来的质量单位将在真空中实现,而日常生活的质量工作标准??砝码仍是在空气中使用的,这给质量量值的传递方式带来了一系列问题??除了需要将保存在真空中的质量标准传递到空气中外,还对环境参数进行测量和实时修正。
为此,中国计量院从2013年起,围绕质量单位新定义之后质量量值传递关键技术开展了系列研究。经过多年努力,项目组在真空质量测量、真空质量标准的传递,以及异型砝码表面吸附测量和修正等方面取得了一系列创新成果,建立了测量灵敏度优于0.1μg、满载重复性优于0.47 μg、测量扩展不确定度25 μg(k=2)的高准确度真空质量测量装置;形成了不同材料砝码表面吸附率测量、不确定度评估和吸附修正,空气密度测量,砝码交换称量等一系列具有自主知识产权的技术。
据介绍,项目建立的高准确度真空质量测量装置成功解决了砝码真空质量测量时系统稳定性和保持高真空度之间的矛盾;采用的非接触式分子泵散热方法和多点位多参数循环监测方法,显著提高了装置的测量重复性和稳定性。此外,项目还实现了多种砝码表面吸附与其逆过程的分析,吸附测量扩展不确定度0.0011 μg/cm2(k=2),达到了国际水平。
吴健雄是世界的核物理学家,“东方居里夫人”,在β衰变研究领域具有世界性的贡献。她1944年参加“曼哈顿计划”,1958当选为美国科学院院士,1975年任美国物理学会任女性会长。
吴健雄在实验核物理方面的研究工作涉及面广。她尤其注意实验技术的不断改进,曾对多种核辐射测量仪器的开发、改进做出了贡献,例如薄窗盖革计数器、某些塑料闪烁探测器。
吴建雄为大家所熟知的是她验证了李政道、杨振宁提出的宇称不守恒理论。1956年李政道、杨振宁提出在β衰变过程中宇称可能不守恒之后,吴健雄设计了实验来证明这一的理论。实验要求原子的振动、转动降到低而且排齐,她需要了一个“冰屋”来使核不动,这“冰屋”的温度低到温度0.01K,还要施加10 T 强磁场。当时任何大学实验室都不能满足如此苛刻的实验要求,她联系了拥有全美高水平实验室的美国国家标准局(NBS,美国标准技术院的前身),希望利用该局的国家计量绝热去磁装置来做她的“冰屋”,结果 得到热烈欢迎,并邀请她到NBS来做实验。
在NBS的大力协助下,吴健雄实现了把钴 -60 原子核自旋方向几乎都控制在同一方向,而观察钴 -60 原子核β衰变放出的电子的出射方向。他们发现绝大多数电子的出射方向都和钴 -60 原子核的自旋方向相反。就是说,钴 -60 原子核的自旋方向和它的β衰变的电子出射方向形成左手螺旋,而不形成右手螺旋。但如果宇称守恒,左右手螺旋两种机会相等。因此,这个实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒。在整个物理学界产生了极为深远的影响。
在战场上,隐藏在草丛中或雪地里的狙击手是危险的敌人,他们总是选择在不可见的情况下,给对方致命的一击。其实,人们生活中也有比狙击手、黑夜里的刺客更可怕的就在身边,它们几乎无处不在,但是我们却看不见、摸不着它们。
随着人类工业化进程的加快,人类的环境质量正面临着严重的恶化。大气中细粒子污染物作为目种重要的污染物,不仅会引起身体功能紊乱,还会直接损伤器官功能,甚至导致癌变。空气污染物中的细颗粒物又称细粒、细颗粒、也就是我们常说的PM2.5。细颗粒物是直径小于等于 2.5 微米(相当于2500纳米)的颗粒物,它能较长时间悬浮于空中。在空气中的含量浓度越高,也表示空气污染越严重。气象和医学普遍认为,由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径在2.5微米以下的细颗粒物,直径仅相当于人类头发直径十分之一大小,不易被鼻腔内的绒毛阻挡,被吸入人体后会直接进入支气管,干扰肺部的气体交换,引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病,甚至引起充血性心力衰竭和冠状动脉硬化等心脏疾病。总之这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液,其中的有害气体、重金属等溶解在血液中,对人们身体和健康的危害更大。
运用当代的计量仪器与方法,可以对细颗粒物纳米微观结构与特征进行分析,实现从细颗粒物的源头监控与治理空气污染的问题。比如为污染颗粒物采样样品,通过微纳米计量仪器的离线测量以及基于化学法的来源解析方法进行比对分析,可以满足环境细颗粒物特征和来源监测领域的重要需求。
据有关资料反映,在欧盟国家中,由工业污染产生的PM2.5,可以导致人们的平均寿命减少8.6个月。可见,PM2.5是隐藏在我们身边的一个十分危险的,要发现它、治理它,借助的计量技术手段。
手机通过电磁波进行信息传递,这些电波就被称为手机辐射。手机辐射靠比吸收率(SAR)值来衡量。关于手机辐射对人体有没有害的马拉松式的争论从来没有停止过。
手机辐射大小,主要取决于其天线、外观设计等因素,在实际使用中,手机辐射的大小还和手机与基站之间的距离、使用者周围的地理环境、基站的设置情况等因素有关。一般来讲,手机离基站越近,辐射就会越小,反之就越大。
很多人使用手机都有很多误区,比如说打手机时总喜欢走来走去,在角落里接听电话等。频繁地移动位置会造成手机信号的强弱起伏,手机总是在向发射站传送无线电波,加大手机的辐射量。而在角落里使用手机时,信号较差,这会使手机功率加大,从而造成辐射强度增大。基于同样道理,在电梯等小而封闭的环境里使用手机也会使其辐射强度增大。
手机和基站等电磁辐射不会影响人身健康,这本是科学界共识,在国外也从来不是个问题,但在中国却引起了公众恐慌。究其原因,恐怕运营商为竞争而散布的辐射谣言是源头,当初推广CDMA手机时,某运营商打出了“绿色手机”的伪概念, 拿低辐射作为卖点,用欺骗公众的手段来提高竞争力,但其实两者差别并不大。
基站发射功率虽然比手机大, 但由于手机距离人体近,综合比较后,还是手机对人体的辐射量要大得多。因害怕辐射而抵制基站是本末倒置,因为手机与 基站的距离远了,手机使用者反而要遭到更强的辐射,这恐怕是抵制者们所没有想到的。
接地电阻是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻。接地电阻值体现电气装置与“地”接触的良好程度和反映接地网的规模。很多家用电器尤其是大电器像冰箱,洗衣机,空调等使用的电源线都是三芯的。实际上一般使用的电器只要有零线和火线两根就可以正常工作了。多出来的这根线就是地线,也就是说这些电器要接地。
接地技术的引入初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施,目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地,从而起到保护建筑物的作用。同时,接地也是保护人身安全的一种有效手段,当某种原因引起的相线(如电线绝缘不良,线路老化等)和设备外壳碰触时,设备的外壳就会有危险电压产生,由此生成的电流就会经保护地线到大地,从而起到人身安全保护作用。
接地电阻测量仪主要用于测量接地导体和大地之间电阻的仪表,适用于电力、邮电、铁路、通信、矿山等部门测量各种装置的接地电阻以及测量低电阻的导体电阻值,接地电阻测量仪还可以测量土壤电阻率及地电压。接地电阻测量仪的工作原理分为基准电压比较式和基准电流、电压降式。根据接地电阻测量仪显示方式的不同可以分为模拟式和数字式。模拟式接地电阻测量仪的准确度等级分为1、1.5、2、2.5、3、5级,数字式接地电阻测量仪的准确度等级分为1、2、5级。接地电阻测量仪的检定周期一般不超过1年。(来源:2016年全国计量科普知识库)