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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。
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。
甲烷,俗称瓦斯。化学式CH4,是简单的有机物,在标准状态下是一种无色无味气体。它是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道内气体的主要组成部分。甲烷有毒吗?甲烷对人基本,但浓度过高时,空气中氧含量明显降低,会使人窒息。当空气中甲烷达到25%~30%时,会引起头痛、头晕、乏力、呼吸和心跳加速等,含量更高的话,会导致窒息死亡。甲烷会爆炸吗?甲烷是一种易燃气体,它与空气混合能形成爆炸性混合物,达到一定温度或有明火时,会有燃烧爆炸的危险。
甲烷检测仪是检测甲烷气体含量的仪器,也称瓦斯计。能够在工业环境下对甲烷气体进行实时检测并发出声光报警。它适用于管道寻漏、漏点定位、气体浓度监测,能有效人身安全。甲烷气体检测仪主要由传感器、显示器或气室和光路组成。
甲烷检测仪按采样方式不同分为泵吸式和扩散式。泵吸式仪器是通过泵将待测气体吸入到传感器内进行检测。扩散式仪器是气体分子自由扩散,传感器在有效范围内检测气体浓度。甲烷检测仪按检测原理不同分为催化燃烧式、红外吸收式和光干涉式。催化燃烧式是利用催化燃烧的热效应原理,由检测元件和补偿元件配对构成测量电桥,在一定温度条件下,气体在检测元件载体表面及催化剂的作用下发生无焰燃烧,载体温度升高,通过它内部的铂丝电阻也相应升高,从而使平衡电桥失去平衡,输出一个与气体浓度成正比的电信号。通过测量铂丝的电阻变化的大小,就知道气体的浓度。红外吸收式是利用气体浓度与吸收强度关系来确定气体的浓度。光干涉式是通过测量气体折射率的变化来确定气体的浓度。(来源:2016年全国计量科普知识库)
被中香炉从严格意义上讲不属于度量衡范畴。它是我国古代香薰被褥的球形小炉,其早的记载见于西汉司马相如的《美人赋》。西汉时刘歆的《西京杂记》中有这样的记载,“长安巧工丁缓者,为常满灯......又作卧褥香炉,一名被中香炉。本出房风,共法后绝,至缓始复为之。为机环转运四周,而炉体常平,可置之被褥,故以为名。”“被中香炉”然是古人的生活用品,但其构造却揭示了物理学、计量学的一个重要原理,即古人为防止香炉中盛香料的香盂随香炉的晃动而倾覆,便设计了“内持平环”和“外持平环”,将悬挂香盂的内持平环悬挂在外持平环上,使两个持平环的轴孔正好垂直,轴心线的夹角正好为90?。由此内持平环就能避免香盂前后方向倾斜;外持平环则能防止香盂内持平环在轴向方向倾斜。由此香盂随重心作用始终能保持水平,无论香炉怎么转动,香盂斗不至倾覆。被中香炉的这种结构设计与现在陀螺仪中“万向支架”的原理非常相似。(来源:浙江省计量科学研究院)
《宋史.律历志》记载宋太宗下诏“详定称法,著为通规”。为此,时任主管贡品库藏的官员刘承?于公元1004年一公元1007年间创制两支“等(戥)秤”,他循“因度尺而求重,自积黍而取?”之术,“以厘、?造一钱半及一两等二秤”。刘承?制造的戥秤是我国古代代的小型杆秤,此后它成为称量贵金属及贵重药材的工具并沿用近千年。刘承?创制的两支戥秤构造是:其一,杆长1.2尺、杆重1钱、锤重6分、盘重5分、初毫起量0.5钱、初毫分量1厘、初毫末量1.5钱、中毫分量1厘、中毫末量1钱、末毫分量1厘、末毫末量0.5钱。其二,杆长1.4尺、杆重1.5钱、锤重6钱、盘重4钱、初毫分量5钱、初毫末量24铢、中毫分量2?、中毫末量12铢、末 毫分量1?、末毫末量6铢。“因度尺而求厘,自积黍而取?”是统一重量计量单位制,确定单位量值的法制计量管理和计量科学实践的活动,是制造杆秤的核心标准工艺和技术。
燃气用户在使用燃气表时应注意以下一些事项:
1、当燃气公司给用户新装或更换燃气表时,应检查燃气表是否有制造计量器具许可证(CMC标识)和强制检定合格标志,表框铅封或封印是否完好。
2、安装新燃气表时,检查其字轮显示数字,一般不应大于5m3;如是智能燃气表,应检查其智能功能是否正常。如发现异常情况,应及时与燃气公司沟通。
3、当燃气公司进行抄表时,应留意所抄记数字与表上字轮显示数字是否一致。
4、当燃气公司进行安全检查或更换燃气表时,燃气用户应积极配合,以确保正常和安全使用燃气。
5、国家对燃气表的安装有统一要求,燃气用户不得擅自改装、拆装燃气表,更不能破坏燃气表,故意使燃气表少计量或不计量,以免引发用气安全事故或民事、刑事诉讼。
6、当对燃气表的计量数据有疑义时,应注意保全相关证据,并及时与燃气公司沟通。如未得到有效解决,可向燃气表检定技术机构咨询有关技术问题,或向相关管理部门反映情况。