эксперименты по измерению постоянной планка

20
tEORETI^ESKAQ FIZIKA, 2, 2001 G.
|ksperimenty po izmereni` postoqnnoj
planka
a.g. pUZYRNYJ, i.s. cIROWA 1
w RABOTE DAETSQ KRATKAQ INFORMACIQ OB \KSPERIMENTAH PO IZMERENI@ FUNDAMENTALXNOJ KONSTANTY | POSTOQNNOJ pLANKA.
pREDSTAWLENIQ KWANTOWOJ TEORII OSNOWANY NA CELOM RQDE \KSPERIMENTOW, PRINESIH NETRIWIALXNYE REZULXTATY (SM., NAPR., 1]). tAK, W POISKAH FORMULY ZAKONA
RAWNOWESNOGO IZLU^ENIQ, KOTORAQ NE PROTIWORE^ILA BY NI ODNOMU IZ FAKTOW, USTANOWLENNYH \KSPERIMENTALXNO, m. pLANK WYDWINUL GIPOTEZU O DISKRETNOSTI PROCESSA
IZLU^ENIQ. |TO SOBYTIE OZNAMENOWALO ROVDENIE KWANTOWOJ TEORII.
dLQ OPISANIQ RASPREDELENIQ \NERGII W SPEKTRE TEPLOWOGO RAWNOWESNOGO IZLU^ENIQ m. pLANK WWEL FUNDAMENTALXNU@ KONSTANTU h, NAZWANNU@ POZDNEE POSTOQNNOJ
pLANKA. o EE ^ISLENNOM ZNA^ENII pLANK PISAL: "zNA^ENIE UNIWERSALXNOJ POSTOQNNOJ WY^ISLQETSQ WESXMA TO^NO, ESLI ISPOLXZOWATX IME@]IESQ IZMERENIQ SPEKTRA"
2]. nAJDENNOE IM ZNA^ENIE h TAKVE PRIWEDENO W 2]: h = 6 55 10;27\RG c:
kAK IZWESTNO, W ZAKONY IZLU^ENIQ WHODIT \KSPERIMENTALXNO OPREDELQEMAQ POSTOQNNAQ A = hc=k, GDE c | SKOROSTX SWETA W WAKUUME, k | POSTOQNNAQ bOLXCMANA.
o^EWIDNO, UTO^NENIE POSTOQNNOJ pLANKA NE MOVET BYTX PROWEDENO BEZ UTO^NENIQ
DRUGIH FUNDAMENTALXNYH KONSTANT, ^TO QWLQETSQ WESXMA SLOVNOJ ZADA^EJ. nEOBHODIMOSTX REENIQ \TOJ \KSPERIMENTALXNOJ ZADA^I OTME^AL UVE SAM pLANK: "...iH
(KONSTANT) PROWERKA PRQMYMI METODAMI STANOWITSQ SKOLX WAVNOJ, STOLX I NEOBHODIMOJ ZADA^EJ DALXNEJEGO ISSLEDOWANIQ" 2].
pERWOE \KSPERIMENTALXNOE OPREDELENIE ZNA^ENIQ h BYLO WYPOLNENO W OPYTAH PO
FOTO\FFEKTU. w rAJERSONOWSKOJ LABORATORII ~IKAGSKOGO UNIWERSITETA r. a. mILLIKEN WPERWYE PROWEL USPENOE IZMERENIE POSTOQNNOJ pLANKA 3]. |TA WELI^INA
OKAZALASX RAWNOJ 6 56 10;27 \RG c. zATEM W 1926 GODU W rOSSII FIZIK { \KSPERIMENTATOR p.i. lUKIRSKIJ WYPOLNIL CIKL RABOT PO FOTO\FFEKTU I POLU^IL TO^NEJEE
W TO WREMQ ZNA^ENIE POSTOQNNOJ pLANKA.
pOZDNEE NAIBOLEE TO^NYM METODOM OPREDELENIQ h S^ITALSQ METOD, OSNOWANNYJ
NA OPREDELENII KOROTKOWOLNOWOJ GRANICY RENTGENOWSKOGO SPEKTRA. nAIBOLEE TO^NYE
IZMERENIQ, WYPOLNENNYE \TIM METODOM, POZWOLILI POLU^ITX ZNA^ENIE h = 6 624
10;27 \RG S.
w POSLEDNEE WREMQ NAIBOLEE TO^NYM METODOM OPREDELENIQ POSTOQNNOJ pLANKA
S^ITAETSQ IZMERENIE, PROWEDENNOE NA OSNOWE NESTACIONARNOGO \FFEKTA dVOZEFSONA.
|TOT \FFEKT SOSTOIT W ISPUSKANII IZLU^ENIQ S ^ASTOTOJ = 2eV=h, KOTOROE WOZNIKAET, ESLI K OBLASTI KONTAKTA DWUH SWERHPROWODNIKOW, RAZDELENNYH TONKOJ PLENKOJ
DI\LEKTRIKA, PRILOVENA POSTOQNNAQ RAZNOSTX POTENCIALOW V . w 1977 GODU \TIM METODOM BYLO POLU^ENO ZNA^ENIE h = 6 626176(36) 10;27 \RG S.
w POSLEDU@]IE GODY ZNA^ENIE FUNDAMENTALXNOJ KONSTANTY h UTO^NQLOSX. w RABOTE 4] OPUBLIKOWANY REZULXTATY NOWYH PRECIZIONNYH IZMERENIJ POSTQNNOJ pLANKA. sHEMA \KSPERIMENTA POKAZANA NA RISUNKE.
1 pUZYRNYJ aNATOLIJ gRIGORXEWI^, cIROWA iRINA sEMENOWNA { KAFEDRA OB]EJ I TEORETI^ESKOJ
FIZIKI sAMARSKOGO GOSUDARSTWENNOGO UNIWERSITETA.
|KSPERIMENTY PO IZMERENI@ POSTOQNNOJ pLANKA
;
;
rIS. sHEMA USTANOWKI. bLOK, OBA MAGNITA I NEPODWIVNAQ KATUKA INDUKTIWNOSTI
VESTKO SWQZANY. dX@AR RASPOLAGAETSQ MEVDU SWERHPROWODQ]IM MAGNITOM I KATUKAMI INDUKTIWNOSTI
21
22
a.g. pUZYRNYJ, i.s. cIROWA
w \KSPERIMENTALXNOJ USTANOWKE SWERHPROWODQ]IE MAGNITY SOZDA@T OBLASTX RADIALXNOGO MAGNITNOGO POLQ B~ = Ba (z )=r]~r^. w POLE TAKOJ KONFIGURACII NA ZAMKNUTYJ GORIZONTALXNYJ WITOK S TOKOM DEJSTWUET WERTIKALXNAQ SILA WDOLX OSI SIMMETRII POLQ. w RADIALXNOM POLE NAHODQTSQ DWE INDUKCIONNYE KATUKI. nIVNQQ
KATUKA ZAKREPLENA NA OPORE, WERHNQQ (PODWIVNAQ) PODWEENA K BLOKU. ~EREZ BLOK
PEREKINUTA PROWOLO^NAQ NITX, K KOTOROJ PODWEENY ^AKI DLQ GRUZA I PROTIWOWESA,
KATUKA INDUKTIWNOSTI I T.D.
pRI RAWNOMERNOM DWIVENII KATUKI INDUKTIWNOSTI W OPYTE IZMERQETSQ MO]NOSTX SILY TQVESTI GRUZA NA ^AKE WESOW I \LEKTRI^ESKAQ MO]NOSTX, POTREBLQEMAQ
KATUKOJ INDUKTIWNOSTI PRI PEREME]ENII W NEODNORODNOM MAGNITNOM POLE. lAZERNYE INTERFEROMETRY REGISTRIRU@T SKOROSTX PEREME]ENIQ KATUKI.
iZMERITELXNYE PRIBORY (DAT^IKI) RABOTA@T NA OSNOWE \FFEKTA dVOZEFSONA I
KWANTOWOGO \FFEKTA hOLLA. dVOZEFSONOWSKOE NAPRQVENIE I KWANTOWANNOE SOPROTIWLENIE MOVNO PREDSTAWITX SLEDU@]IM OBRAZOM:
UJ = =(2e=h) RH (i) = RK =i = (h=e2 )=i
GDE i | CELOE ^ISLO, e | \LEMENTARNYJ ZARQD, | ^ASTOTA, PRILOVENNAQ K PRIBORU
dVOZEFSONA. KJ = 2e=h | KONSTANTA dVOZEFSONA, RK = h=e2 | KONSTANTA FON
kLITCINGA. wELI^INA (KJ )2 RK RAWNA:
(KJ )2 RK = (2e=h)2 (h=e2 ) = 4=h:
pOSLEDNEE SOOTNOENIE POZWOLQET OPREDELITX POSTOQNNU@ pLANKA IZ MAKROSKOPI^ESKIH IZMERENIJ DANNOGO \KSPERIMENTA. pOLU^ENNOE ZNA^ENIE POSTOQNNOJ pLANKA
RAWNO h = 6 62606891(58) 10;34d V c: wY^ISLENNOE STANDARTNOE OTKLONENIE SOSTAWLQET 8:7 10;8h. aWTORY PROWEDENNYH \KSPERIMENTOW POLAGA@T, ^TO PLANIRUEMOE USOWERENSTWOWANIE USTANOWKI POZWOLIT E]E NA PORQDOK POWYSITX TO^NOSTX
REZULXTATA.
lITERATURA
1] tRIGG dV. rEA@]IE \KSPERIMENTY W SOWREMENNOJ FIZIKE. m.: mIR, 1974.
2] pLANK m. iZBRANNYE TRUDY. m.: nAUKA, 1975. s. 266, 269.
3] Millikan R. A. // Phys.Rev. 7 (1916) 355.
4] E.R. Williams, R.L. Steiner, D.B. Newell, P.T. Olsen. // Phys.Rev.Lett. 81 (1998)
2404.
5] B.N. Taylor. // Metrologia, 31 (1994) 181.
6] Th. Udem et al. // Phys. Rev. Lett. 79 (1997) 2646.
Measuring of the Planck Constant
A.G. Puzyrny, I.S. Tsirova 2
The brief information about present-day experiments on measuring of the Planck
Constant is given.
2 Puzyrny Anatoly Grigorievich, Tsirova Irina Semenovna, Dep. of General and Theoretical Physics,
Samara State University.