LATEST (CODATA 2010) VALUES of the constants

Współczesne wartości podstawowych stałych fizycznych zostały wyrównane metodą najmniejszych kwadratów przez P.J. Mohra i B.N. Taylora [1,2] w Narodowym Instytucie Standardów i Technologii, NIST, w Gaithersbu rgu, stanie Maryland 20899-8401, USA. Tabele wyrównanych stałych są od 1998 r. udostępnione w "portable document format" w Internecie pod adresem: http://physics.nist.gov/constants. Copyright American Institute of Physics and American Chemical Society. Omówienie uzyskanych do 31 grudnia 1998 r. danych pomiarowych, najważniejszych wyników koniecznych rachunków elektrodynamiki kwantowej, oraz metod oceny danych i ich standardowych niepewności zostało opublikowane drukiem w 1999 r. [1] i w 2000 r. [2,3]

Nowy zestaw wyrównanych stałych jest przede wszystkiem wynikiem udoskonalonych pomiarów. Szczególna dokładność uzyskana została w pomiarach częstości, zamiast długości fal, przejść optycznych w atomie wodoru wyznaczających stałą Rydberga R. Grupa Optyki kwantowej w Instytucie Maxa Plancka (MPQ) w Garching [4], oraz grupa w Laboratorium Kastlera-Brossela w Ecole Normale S upérieure i w Uniwersytecie Piotra i Marii Curie wraz z Laboratoire Primaire du Temps et des Fréquences (LPTF), Bureau National de Métrologie-Observatoire, w Paryżu [5,6] dokonały pomiarów dwufotonowe j spektroskopii w promieniach atomowych wodoru H i deuteru D. Szczegóły tych skomplikowanych pomiarów wymagają opisów zawartych w cytowanej literaturze [1,2].

Tabele wyrównanych w 1998 r. stałych podają dane dla elektronu, mionu, taonu, protonu, neutronu, deuteronu, helionu t.j. jądra atomu helu ³He, i cząstki alfa. Pomiary w pułapce Penninga [2,7,8,9] zmniejszyły o rząd wielkości niepewności standardowe wartości względnych mas atomowych cząstek trwałych, oraz poprawiły dokładność wyznaczenia anomalii a_e momentu magnetycznego elektronu [2,8,9]. Niepewność standardowa stałej struktury subtelnej została zmniejszona o czynnik 12,2 w porównaniu z danymi wyrównan ia z 1986 r. Nowe pomiary w NIST [2,10] zmniejszyły niepewność standardową stałej Plancka h o czynnik 7,7. Pomiary prędkości dźwięku w argonie w kulistym rezonatorze [2,1 1] zredukowały niepewność standardową wartości molowej stałej gazowej R o czynnik 4,8. Wartości stałych wyrównane w procedurze najmniejszych kwadratów są skorelowane. Podane standardowe niepewności stałych są dodatnimi pierwiastkami kwadratowym i diagonalnych elementów macierzy kowariancji wyrównanych stałych. Macierze wariancji, kowariancji i współczynników korelacji tych wyrównanych stałych są dostępne w Internecie pod podanym adresem NIST. Względne niepewności standardowe wyrównanych stałych są obecnie przeważnie rzędu 10^-8, tak, że nie wyraża się ich w "parts per million, ppm", jak w poprzednio publikowanych wyrównaniach [12,13,14,15,16 ,17]. W podanej literaturze wyrównania stałych [1,2] cytowane są wyniki rachunków elektrodynamiki kwantowej anomalii momentu magnetycznego elektronu i mionu [18,19,20,21,22], oraz poprawek do poziomów energii w atomie wodoru [18,23,24,25,26], uw arunkowanych m.in. przez relatywistyczne uwzględnienie odrzutu i polaryzację jądra [27]. Cytowane są także wyniki rachunków nadsubtelnego rozszczepienia stanu podstawowego w atomie mionium (e^-) [20,25,28], którego pomiar [29] pozwala niezależnie wyznaczyć wartość stałej struktury subtelnej . Wiele ważnych stałych podstawowych zależy właśnie od stałej struktury subtelnej , stałej Plancka h , stałej Rydberga R, i względnej atomowej masy elektronu A_r(e), a stałych fizykochemicznych także od molowej st ałej gazowej R.

Obecnie przedrukowujemy w tłumaczeniu na język polski Tabele wyrównanych w 1998 r. wartości stałych. Tabele w publikacjach [1,2,3] zawierają stałe elektromagnetyczne, stałe atomowe, wybr ane jądrowe, oraz stałe fizykochemiczne. Osobne Tabele przedstawiają wartości stałych przyjęte w umowach międzynarodowych oraz wzorce długości fal wyznaczone w pomiarach ugięcia promieni X. Dalej przytoczone Tabele podają ważne praktycznie współczynniki p rzeliczenia równoważników energii często używanych w fizyce i chemii oraz nazwy jednostek SI. Krytyczne omówienie układu nowych wyrównanych stałych fizycznych opublikowane jest w Physics Today Buyers Guide [3]. Tam też podane s ą [30] tabele najważniejszych jednostek fizycznych, "SI units", zalecanych przez Système International d'Unités. Wartości podstawowych stałych fizycznych wyrównane w 1998 r. są zalecane do użytku przez CODATA, C ommittee on Data for Science and Technology of the International Council for Science. Aktualne wartości parametrów cząstek elementarnych publikuje co dwa lata grupa specjalistów, Particle Data Group, w "Review of particle properties" [16,17,31].

W publikacjach [1,2,3] porównane są względne niepewności standardowe wyrównanych stałych 1998 r. i 1986 r. oraz podane są wartości stosunków niepewności. Zwrócona jest szczególna uwaga na kon systencję układu nowych wartości stałych. Wskazane są wynikające z nowych wyrównanych wartości stałych wnioski dla metrologii i fizyki. Wśród sugestii na temat przyszłych prac w metrologii podkreślona jest konieczność wykonania pomiarów, które umożliwiłyb y znaczące zmniejszenie niepewności danych wejściowych dla wyznaczenia wielkości , h i R grających szczególnie decydującą rolę w wyznaczaniu wartości wielu stałych fizyki i chemii.

Dr P.J. Mohr i B.N. Taylor przysłali nam publikację [1] ze zgodą na przedrukowanie Tablic. Zgodę dało także Amerykańskie Towarzystwo Fizyczne. Wyrażamy im podziękowanie.

Bibliografia

1

P.J. Mohr and B.N. Taylor, J. Phys. Chem. Ref. Data 28 (6), 1713 (1999).

2

P.J. Mohr and B.N. Taylor, Rev. Mod. Phys. 72 (2), 351 (2000).

3

P.J. Mohr and B.N. Taylor, Phys. Today 53 (8), BG6 (2000).

4

M. Weitz, A. Huber, B. de Beauvoir, F. Schmidt-Kaler, D. Leibfried, W. Vassen, C. Zimmermann, K. Pachucki, T.W. Hänsch, L. Julien, and F. Biraben, Phys. Rev. A 52 (4), 2664 (1995).

5

B. de Beauvoir, F. Nez, L. Julien, B. Cagnac, F. Biraben, D. Touahri, L. Hilico, O. Acef, A. Clairon, and J.J. Zondy, Phys. Rev. Lett. 78 (3), 440 (1997).

6

C. Schwob, L. Jozefowski, B. de Beauvoir, H. Hilico, F. Nez, L. Julien, F. Biraben, O. Acef, and A. Clairon, Phys. Rev. Lett. 82 (25), 4960 (1999).

7

D.L. Farnham, R.S. Van Dyck, Jr., and P.B. Schwinberg, Phys. Rev. Lett. 75 (20), 3598 (1995).

8

H.R. Dehmelt, R.S. Van Dyck, Jr., and F. Palmer, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89 (5), 1681 (1992).

9

H.R. Dehmelt, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91 (14), 6308 (1994).

10

E.R. Williams, R.L. Steiner, D.B. Newell, and P.T. Olsen, Phys. Rev. Lett. 81 (12), 2404 (1998).

11

M.R. Moldover, J.P.M. Trusler, T.J. Edwards, J.B. Mehl, and R.S. Davis, Phys. Rev. Lett. 60 (4), 249 (1988).

12

E.R. Cohen and B.N. Taylor, J. Phys. Chem. Ref. Data 2 (2), 663 (1973).

13

M. Suffczyński, Postępy Fiz. 27 (1), 35 (1976).

14

E.R. Cohen and B.N. Taylor, Rev. Mod. Phys. 59 (4), 1121 (1987).

15

E.R. Cohen and B.N. Taylor, Postępy Fiz. 40 (2), 129 (1989).

16

Particle Data Group, Phys. Rev. D 54 (1), 1 (1996).

17

C. Caso et al., Particle Data Group, Eur. Phys. J. C 3 (1-4), 1 (1998).

18

H. Grotch and R. Hegstrom, Phys. Rev. A 4 (1), 59 (1971).

19

T. Kinoshita, Phys. Rev. D 47 (11), 5013 (1993).

20

M.I. Eides, H. Grotch, and V.A. Shelyuto, Phys. Rev. D 58 (1), 013008 (1998).

21

V.W. Hughes and T. Kinoshita, Rev. Mod. Phys. 71 (2), S133 (1999).

22

A. Czarnecki and M. Skrzypek, Phys. Lett. B 449 (3-4), 354 (1999).

23

P.J. Mohr, Phys. Rev. A 46 (7), 4421 (1992).

24

K. Pachucki and H. Grotch, Phys. Rev. A 51 (3), 1854 (1995).

25

K. Pachucki, Phys. Rev. A 54 (3), 1994 (1996).

26

P. Sunnergren, H. Persson, S. Salomonson, S.M. Schneider, I. Lindgren, and G. Soff, Phys. Rev. A 58 (2), 1055 (1998).

27

J.L. Friar and G.L. Payne, Phys. Rev. C 56 (2), 619 (1997).

28

M. Nio and T. Kinoshita, Phys. Rev. D 55 (11), 7267 (1997).

29

W. Liu et al., Phys. Rev. Lett. 82 (4), 711 (1999).

30

R.A. Nelson, Phys. Today 53 (8), BG15 (2000).

31

D.E. Groom et al., Particle Data Group, Eur. Phys. J. C 15 (1-4), 1 (2000).