В таблице 1 приведены параметры эталонных лазеров, рекомендованных 17-й Генеральной конференцией по мерам и весам для воспроизведения эталона метра. Погрешности воспроизведения частот и длин волн, приведенные в таблице 1, выше, чем это докладывалось в реально проводимых в то время работах. Международные сличения показали, что воспроизводимость от прибора к прибору различной конструкции заметно хуже, чем воспроизводимость от включения к включению одного прибора. Погрешности, указанные в таблице, в результате исследований ближайших лет уменьшились на несколько порядков.
Последнее определение метра принято в довольно общей форме, которое позволит ему просуществовать дольше, чем предыдущее.
Международные сличения эталонов должны проводиться раз в 25 лет. Несмотря на высокую воспроизводимость длины в каждом конкретном эталоне и еще большую стабильность, при сличении разных эталонов часто обнаруживаются расхождения в 11¸12 знаке.
Таблица 1
Параметры эталонных лазеров (1983 г.)
|
Лазер |
Частота, МГц |
Длина волны, мкм |
Погрешность |
|
He-Ne / CH4 – лазер n3, P(7), [компонента метана] |
88376181,608 |
3,3922313970 |
1,3×10-10 |
|
He-Ne / 127I2 – лазер линия R (127), 5-11, пик i йода |
473612214,8 |
0,6329913981 |
1,1×10-9 |
|
He-Ne / 127I2 – лазер линия R (47), 2-9, пик O йода |
489880355,1 |
0.6119707698 |
1,1×10-9 |
|
Вторая гармоника He-Ne / 127I2 – лазера линия Р (62), 1-17, пик O йода |
520206808,51 |
0,57629476027 |
6×10-10 |
|
Ar / 127I2 – лазер линия P (13), 0-43, пик a3 йода |
582490603,6 |
0,5146734662 |
1,3×10-9 |
Шкала расстояний
Шкала расстояний, доступных для измерения различными методами, показана на развороте стр. 18 – 19 (рис. 5). Обычными концевыми мерами, щупами, линейками, рулетками, микрометрическими винтами и рукоятками подачи обрабатывающих станков измеряются и отсчитываются дистанции от 1 мкм до 10 м. Их точность определяется оптическими методами сличения приборов с эталонами. В свою очередь, возможности оптических микроскопов и интерферометров ограничены снизу длиной световой волны. Использование излучения с меньшей длиной волны – рентгеновских квантов и электронов – позволяет измерять и видеть объекты вплоть до ангстремных величин. Внесистемная единица 1 ангстрем равна 1 Å = 10‑10 м. Кроме электронной микроскопии электронные пучки можно использовать для изготовления субмикронных деталей сложной формы (менее 0,1 мкм) методом электронной литографии. Если направить пучок электронов или рентгеновских квантов на кристалл и измерять углы дифракции отраженных или прошедших пучков, то можно измерять расстояния между кристаллическими плоскостями с точностью порядка 10-12 см или 0,0001 ангстрема.
Для измерения объектов еще меньшего размера необходимо уменьшать длину волны излучения, что собственно и делается в ускорителях, когда элементарные частицы разгоняются до высоких энергий. Например, энергии частицы E = 1000 ГэВ соответствует длина волны де Бройля l = h/P =hc/E » 1,2×10-18 м, где h – постоянная Планка, c – скорость света, P – импульс частицы. Сильное взаимодействие, удерживающее протоны и нейтроны в ядре [1], действует при расстояниях, не превышающих по порядку величины 10‑15 м. Слабое взаимодействие, ответственное за радиоактивный распад, действует на расстояниях, меньших 10-17 м. Соответственно энергии W- и Z-частиц, передающих слабое взаимодействие, равны 82 ГэВ и 92 ГэВ. Характерным для слабого взаимодействия считается расстояние ~2×10-18 м – комптоновская длина волны W- и Z‑бозонов. Комптоновской длиной волны λ0 частицы массы m называется величина λ0 = ћ/mc, определяющая изменение длины волны Dλ электромагнитного излучения при рассеянии волны на частице. Комптоновскую длину волны можно определить так же как расстояние, на которое может удалиться виртуальная частица массы m от места своего рождения. Для электрона комптоновская длина волны λe = ћ/mec » 3,9×10-13 м. На расстояниях, меньших λe , возможно виртуальное рождение электрон-позитронных пар и экранировка заряда электрона за счёт эффекта поляризации вакуума. Радиус действия ядерных сил ~10-15 м, определяемый самыми лёгкими из виртуальных адронов – p-мезонами, по порядку величины примерно равен комптоновской длине волны p-мезонов. С уменьшением расстояний между взаимодействующими частицами электрический заряд растёт (за счёт уменьшения экранировки вакуумом), а цветовой заряд, отвечающий за сильное взаимодействие – уменьшается. Это создаёт надежду, что на малых расстояниях, порядка 10-31 м, электрослабые и сильные взаимодействия могут иметь общую природу. Так как для экспериментальной проверки требуются ускорители с энергией частиц более 1014 ГэВ, то пока это является частью теоретической модели Великого Объединения всех калибровочных полей. Поэтому этот порядок величин на шкале не показан.
Автоионный микроскоп и сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) работают в интервале расстояний от 0,1 до 1000 ангстрем (10-11 ¸ 10-7 м) и измеряют не столько расстояния между объектами, сколько пространственно-энергетическое распределение эмитированных ионов и туннелирующих электронов. Тем не менее, при работе СТМ с помощью пьезокерамики осуществляется прецизионное перемещение макроскопических объектов – измерительной головки с зондом. Ещё меньшие расстояния могут быть измерены при исследовании перемещений Dl такого крупного объекта, как зеркало лазера для малых интервалов времени t. Точность в данном случае зависит от стабильности частоты лазера и квантово-механических ограничений
Dl ³ (2pht/m)1/2 ,
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
–