基本電荷量常數定值綜述

劉 民, 彭 明

(北京東方計量測試研究所，北京 100086)

1 引 言

2018年11月16日第26屆國際計量大會(Conference Generale des Poids et Mesures, CGPM)表決通過了新的國際單位制(SI),于2019年5月20日正式啟用了新SI。其1號決議定義了“基本電荷量e為1.602 176 634×10-19C”,其中庫侖C=A·s, 電流單位安培A和時間單位秒s是SI基本單位。在1號決議的附錄2中提到“真空磁導率μ0,在一定的相對標準不確定度范圍內等于4 π ×10-7H·m-1,該不確定度等于本決議通過的精細結構常數α推薦的不確定度,即2.3×10-10；且未來真空磁導率的數值將通過實驗確定”。在1號決議附錄3中電流單位重新定義“安培,符號A,SI的電流單位。當基本電荷量e以單位C,即A·s表示時,將其固定數值取為1.602 176 634×10-19C來定義安培,其中秒用ΔνCs定義”。

新的國際單位制SI確定了基本電荷量e是一個沒有不確定度的基本物理常數,同時把真空磁導率μ0由原來的固定數值變為了具有不確定度的待測數值。電流安培作為SI基本單位的地位沒有改變,只是用基本電荷量來重新定義安培。那么基本電荷量的精確數值是如何確定下來的呢？本文將從電磁學單位制的內在邏輯來說明基本電荷量是計算出來的,而不是精確測定的。

2 電磁學單位制簡介

國際單位制SI誕生于1960年第11屆CGPM,選擇的6個基本SI單位的原則是：所選單位是每個學科領域有代表性的,且能夠推導出其它物理量單位的基本單位,它們之間盡量獨立不相關。長度單位m,質量單位kg,時間單位s,電流單位A,熱力學溫度單位K和發光強度單位cd,成為首批確定下來的國際單位制的基本單位[1]。1971年，新增加了物質的量單位mol，共7個構成SI基本單位。……