izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"izmertech-973Research ArticleФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ МЕТРОЛОГИИFUNDAMENTAL PROBLEMS OF METROLOGYО новых определениях основных единиц СИ. Почему предпочтителен атомный килограммБронниковК. А.noemail@neicon.ruИващукВ. Д.ivashchuk@mail.ruКалининМ. И.noemail@neicon.ruКононоговС. А.noemail@neicon.ruМельниковВ. Н.noemail@neicon.ruХрущевВ. В.noemail@neicon.ruВсероссийский научно-исследовательский институт метрологической службыRussian Federation201507022023021118Copyright © Бронников К.А., Иващук В.Д., Калинин М.И., Кононогов С.А., Мельников В.Н., Хрущев В.В., 20232023Бронников К.А., Иващук В.Д., Калинин М.И., Кононогов С.А., Мельников В.Н., Хрущев В.В.Бронников К.А., Иващук В.Д., Калинин М.И., Кононогов С.А., Мельников В.Н., Хрущев В.В.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izmt.ru/jour/article/view/973

Обсуждается роль фундаментальных констант и результаты измерений постоянных Планка, Авогадро, Кельвина и электрического заряда электрона в связи с планируемым переходом на новые определения четырех основных единиц СИ (килограмма, моля, ампера и кельвина) на основе фиксированных значений этих постоянных.

The role of fundamental constants and measurement data for the Planck, Avogadro and Boltzmann constants and the elementary electric charge in connection with the planned transition to new definitions of four base SI units (the kilogram, mole, ampere and kelvin) based on fixed values of these constants is discussed.

переопределение основных единиц СИфундаментальные физические константыразмерность физической величинынестабильность Международного прототипа килограммаredefinition of the SI base unitsfundamental physical constantdimension of physical quantityinstability of international prototype of kilogramReferencesMelnikov V. N. Gravitation and cosmology as key problems of the millennium / A. Einstein Century Int. Conf. //AIP Conf. Proc. Paris: 2006. N. 861. P. 109-126.Melnikov V. N. Gravitation and cosmology as key problems of the millennium / A. Einstein Century Int. Conf. //AIP Conf. Proc. Paris: 2006. N. 861. P. 109-126.Kononogov S. A., Melnikov V. N., Khruschov V. V. Constants of the Extended Standard Model and search for their temporal variations // Gravitation and Cosmology. 2009. V. 15. N. 2. P. 158-163.Kononogov S. A., Melnikov V. N., Khruschov V. V. Constants of the Extended Standard Model and search for their temporal variations // Gravitation and Cosmology. 2009. V. 15. N. 2. P. 158-163.Официальный сайт МБМВ. www.bipm.org.Официальный сайт МБМВ. www.bipm.org.Mills I. M. e. a. Redefinition of the kilogram, ampere, kelvin and mole: a proposed approach to implementing CIPM recommendation 1 (CI-2005) // Metrologia. 2006. V. 43. N. 3. P. 227-246.Mills I. M. e. a. Redefinition of the kilogram, ampere, kelvin and mole: a proposed approach to implementing CIPM recommendation 1 (CI-2005) // Metrologia. 2006. V. 43. N. 3. P. 227-246.Milton M. J. T., Davis R., Fletcher N. Towards a new SI: a review of progress made since 2011 // Metrologia. 2014. V. 51. N. 3. P. R21-R30.Milton M. J. T., Davis R., Fletcher N. Towards a new SI: a review of progress made since 2011 // Metrologia. 2014. V. 51. N. 3. P. R21-R30.Girard G. The third periodic verification of nationals prototypes of the kilogram // Metrologia. 1994. V. 31. P. 317-336.Girard G. The third periodic verification of nationals prototypes of the kilogram // Metrologia. 1994. V. 31. P. 317-336.Кононогов С. А., Мельников В. Н. Фундаментальные физические константы, гравитационная постоянная и проект космического эксперимента SEE // Измерительная техника. 2005. № 6. С. 3-9; Kononogov S. A., Mel’nikov V. N. The Fundamental Physical Constants, the Gravitational Constant, and the See Space Experiment Project // Measurement Techniques. 2005. V. 48. N. 6. P. 521-531.Кононогов С. А., Мельников В. Н. Фундаментальные физические константы, гравитационная постоянная и проект космического эксперимента SEE // Измерительная техника. 2005. № 6. С. 3-9; Kononogov S. A., Mel’nikov V. N. The Fundamental Physical Constants, the Gravitational Constant, and the See Space Experiment Project // Measurement Techniques. 2005. V. 48. N. 6. P. 521-531.Gläser M. e. a. Redefinition of the kilogram and the impact on its future dissemination // Metrologia. 2010. V. 47. P. 419-428.Gläser M. e. a. Redefinition of the kilogram and the impact on its future dissemination // Metrologia. 2010. V. 47. P. 419-428.Moldover M. R. e. a. Measurement of the Universal Gas Constant R Using a Spherical Acoustic Resonator // J. Res. NBS. 1988. V. 93. N. 2. P. 85-144.Moldover M. R. e. a. Measurement of the Universal Gas Constant R Using a Spherical Acoustic Resonator // J. Res. NBS. 1988. V. 93. N. 2. P. 85-144.Grabert H., Devoret M. H. Single charge tunneling: Coulomb blockade phenomena in nanostructures. N.Y.: Plenum Press, 1992.Grabert H., Devoret M. H. Single charge tunneling: Coulomb blockade phenomena in nanostructures. N.Y.: Plenum Press, 1992.Jehl X. e. a. Hybrid Metal-Semiconductor Electron Pump for Quantum Metrology// Phys. Rev. X. 2013. V. 3. P. 021012 [Электрон. ресурс]. http: Arxiv: 1302.6470 (дата обращения 15.12.2014 г.).Jehl X. e. a. Hybrid Metal-Semiconductor Electron Pump for Quantum Metrology// Phys. Rev. X. 2013. V. 3. P. 021012 [Электрон. ресурс]. http: Arxiv: 1302.6470 (дата обращения 15.12.2014 г.).Connolly M. R. e. a. Gigahertz quantized charge pumping in graphene quantum dots [Электрон. ресурс]. http: Arxiv:1207.6597. (дата обращения 15.12.2014 г.).Connolly M. R. e. a. Gigahertz quantized charge pumping in graphene quantum dots [Электрон. ресурс]. http: Arxiv:1207.6597. (дата обращения 15.12.2014 г.).Wulf M. Error accounting algorithm for electron counting experiments // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. P. 035312.Wulf M. Error accounting algorithm for electron counting experiments // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. P. 035312.Fricke L. e. a. Counting Statistics for Electron Capture in a Dynamic Quantum Dot // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 110. P. 126803.Fricke L. e. a. Counting Statistics for Electron Capture in a Dynamic Quantum Dot // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 110. P. 126803.Devoille L. e. a. Quantum metrological triangle experiment at LNE: Measurements on a 3 junction R pump using a 20 000:1 winding ratio CCC // Meas. Sci. Technol. 2012. V. 23. P. 124011.Devoille L. e. a. Quantum metrological triangle experiment at LNE: Measurements on a 3 junction R pump using a 20 000:1 winding ratio CCC // Meas. Sci. Technol. 2012. V. 23. P. 124011.Mirovsky P. e. a. Towards quantized current arbitrary waveform synthesis // J. Appl. Phys. 2013. V. 113. P. 213704.Mirovsky P. e. a. Towards quantized current arbitrary waveform synthesis // J. Appl. Phys. 2013. V. 113. P. 213704.Fricke L. e. a. A self-referenced single-electron quantized-current source // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 112. P. 226803 [Электрон.ресурс]. http: ArXiv: 1312.5669.Fricke L. e. a. A self-referenced single-electron quantized-current source // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 112. P. 226803 [Электрон.ресурс]. http: ArXiv: 1312.5669.Schlamminger S. e. a. Determination of the Planck constant using a watt balance with a superconducting magnet system at the National Institute of Standards and Technology // Metrologia. 2014. V. 51. N. 2. P. S15-S24.Schlamminger S. e. a. Determination of the Planck constant using a watt balance with a superconducting magnet system at the National Institute of Standards and Technology // Metrologia. 2014. V. 51. N. 2. P. S15-S24.Sanchez C. A. e. a. A determination of Planck's constant using the NRC watt balance // Metrologia. 2014. V. 51. N. 2. P. S5-S14.Sanchez C. A. e. a. A determination of Planck's constant using the NRC watt balance // Metrologia. 2014. V. 51. N. 2. P. S5-S14.Andreas B. e. a. (IAC) Counting the atoms in a 28Si crystal for a new kilogram definition // Metrologia. 2011. V. 48. P. S1-S13.Andreas B. e. a. (IAC) Counting the atoms in a 28Si crystal for a new kilogram definition // Metrologia. 2011. V. 48. P. S1-S13.Narukawa T. e. a. Molar-mass measurement of a 28Si-enriched silicon crystal for determination of the Avogadro constant // Metrologia. 2014. V. 51. P. 161-168.Narukawa T. e. a. Molar-mass measurement of a 28Si-enriched silicon crystal for determination of the Avogadro constant // Metrologia. 2014. V. 51. P. 161-168.Vocke Jr. R. D., Rabb S. A., Turk G. C. Absolute silicon molar mass measurements, the Avogadro constant and the redefinition of the kilogram // Metrologia. 2014. V. 51. P. 361-365.Vocke Jr. R. D., Rabb S. A., Turk G. C. Absolute silicon molar mass measurements, the Avogadro constant and the redefinition of the kilogram // Metrologia. 2014. V. 51. P. 361-365.Li Shi-Song e. a. Progress on accurate measurement of the Planck constant: watt balance and counting atoms [Электрон. ресурс]. http: ArXiv: 1409.7597 (дата обращения 15.12.2014 г.)Li Shi-Song e. a. Progress on accurate measurement of the Planck constant: watt balance and counting atoms [Электрон. ресурс]. http: ArXiv: 1409.7597 (дата обращения 15.12.2014 г.)Mohr P. J, Taylor B. N., Newell D. B. CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2010 // Rev. Mod. Phys. 2012. V. 84. P. 1527-1595.Mohr P. J, Taylor B. N., Newell D. B. CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2010 // Rev. Mod. Phys. 2012. V. 84. P. 1527-1595.Hill T. P., Miller J., Censullo A. P. Towards a better definition of the kilogram // Metrologia. 2011. V. 48. P. 83-86.Hill T. P., Miller J., Censullo A. P. Towards a better definition of the kilogram // Metrologia. 2011. V. 48. P. 83-86.De Bievre P. Second opportunity for chemists to re-think the mole // Accred. Qual. Assur. 2013. V. 18. P. 537-540.De Bievre P. Second opportunity for chemists to re-think the mole // Accred. Qual. Assur. 2013. V. 18. P. 537-540.Хилл Т. П., Хрущев В. В. Существует ли объективная необходимость скорейшего переопределения килограмма и моля? // Измерительная техника. 2013. № 7. С. 14-17; Hill T. P., Khruschov V. V. Is there an objective need for an urgent redefinition of the kilogram and mole? // Measurement Techniques. 2013. V. 56. N 7. P. 747-752.Хилл Т. П., Хрущев В. В. Существует ли объективная необходимость скорейшего переопределения килограмма и моля? // Измерительная техника. 2013. № 7. С. 14-17; Hill T. P., Khruschov V. V. Is there an objective need for an urgent redefinition of the kilogram and mole? // Measurement Techniques. 2013. V. 56. N 7. P. 747-752.D’Agostino G. e. a. Instrumental neutron activation analysis of an enriched 28Si single crystal [Электрон. ресурс]. http: Arxiv: 1309.4865 (дата обращения 15.12.2014 г.)D’Agostino G. e. a. Instrumental neutron activation analysis of an enriched 28Si single crystal [Электрон. ресурс]. http: Arxiv: 1309.4865 (дата обращения 15.12.2014 г.)Merlone A. e. a. Design and Capabilities of the Temperature Control System for the Italian Experiment Based on Precision Laser Spectroscopy for a New Determination of the Boltzmann constant // Int. J. Thermophys. 2010. V. 31. N. 7. P. 1359-1370.Merlone A. e. a. Design and Capabilities of the Temperature Control System for the Italian Experiment Based on Precision Laser Spectroscopy for a New Determination of the Boltzmann constant // Int. J. Thermophys. 2010. V. 31. N. 7. P. 1359-1370.Pitre L. e. a. Measurement of the Boltzmann Constant kB Using a Quasi-Spherical Acoustic Resonator // Int. J. Thermophys. 2011. V. 32. N. 9. P. 1825-1886.Pitre L. e. a. Measurement of the Boltzmann Constant kB Using a Quasi-Spherical Acoustic Resonator // Int. J. Thermophys. 2011. V. 32. N. 9. P. 1825-1886.Zandt T. e. a. Capabilities for Dielectric-Constant Gas Thermometry in a Special Large-Volume Liquid Bath Thermostat // Int. J. Thermophys. 2011. V. 32. N. 7-8. P. 1355-1365.Zandt T. e. a. Capabilities for Dielectric-Constant Gas Thermometry in a Special Large-Volume Liquid Bath Thermostat // Int. J. Thermophys. 2011. V. 32. N. 7-8. P. 1355-1365.Temperature: Its measurement and control in science and industry / 9th Int. Temperature Symp. 19-23 Mar. 2012, Los Angeles, CA // AIP. 2013. V. 8. N. 1552.Temperature: Its measurement and control in science and industry / 9th Int. Temperature Symp. 19-23 Mar. 2012, Los Angeles, CA // AIP. 2013. V. 8. N. 1552.De Podesta M. e. a. A law-unceirtainty measurement of the Boltzmann constant // Metrologia. 2013. V. 50. N. 4. P. 354-376.De Podesta M. e. a. A law-unceirtainty measurement of the Boltzmann constant // Metrologia. 2013. V. 50. N. 4. P. 354-376.Lemarchand C. e. a. A revised uncertainty budget for measuring the Boltzmann constant using the Doppler Broadening Technique on ammonia // Metrologia. 2013. V. 50. N. 6. P. 623-630.Lemarchand C. e. a. A revised uncertainty budget for measuring the Boltzmann constant using the Doppler Broadening Technique on ammonia // Metrologia. 2013. V. 50. N. 6. P. 623-630.Lin H. e. a. Improved determination of the Boltzmann constant using a single, fixed-length cylindrical cavity // Metrologia. 2013. V. 50. N. 5. P. 417-432.Lin H. e. a. Improved determination of the Boltzmann constant using a single, fixed-length cylindrical cavity // Metrologia. 2013. V. 50. N. 5. P. 417-432.Moldover M. R. e. a. Acoustic gas thermometry // Metrologia. 2014. V. 51. N. 1. P. R1-R19.Moldover M. R. e. a. Acoustic gas thermometry // Metrologia. 2014. V. 51. N. 1. P. R1-R19.Бронников К. А., Кононогов С. А., Мельников В. Н. Вариации постоянной тонкой структуры и многомерная гравитация. // Измерительная техника. 2013. № 1. С. 7-13; Bronnikov K. A., Kononogov S. A., Melnikov V. N. Variations in the Fine Structure Constant and Multidimensional Gravitation // Measurement Techniques. 2013. V. 56. N. 1. P. 8-16.Бронников К. А., Кононогов С. А., Мельников В. Н. Вариации постоянной тонкой структуры и многомерная гравитация. // Измерительная техника. 2013. № 1. С. 7-13; Bronnikov K. A., Kononogov S. A., Melnikov V. N. Variations in the Fine Structure Constant and Multidimensional Gravitation // Measurement Techniques. 2013. V. 56. N. 1. P. 8-16.Бронников К. А., Кононогов С. А., Мельников В. Н. Вариации гравитационной постоянной G в обобщенных теориях гравитации //Измерительная техника. 2014. № 11. С. 22-26.Бронников К. А., Кононогов С. А., Мельников В. Н. Вариации гравитационной постоянной G в обобщенных теориях гравитации //Измерительная техника. 2014. № 11. С. 22-26.Исаев Л. К., Кононогов С. А., Хрущев В. В. О переопределении четырех основных единиц СИ // Измерительная техника. 2013. № 2. С. 3-8; Issaev L. K., Kononogov S. A., Khruschov V. V. On the redefinition of the four base SI units // Measurement Techniques. 2013. V. 56. N. 2. P. 113-120.Исаев Л. К., Кононогов С. А., Хрущев В. В. О переопределении четырех основных единиц СИ // Измерительная техника. 2013. № 2. С. 3-8; Issaev L. K., Kononogov S. A., Khruschov V. V. On the redefinition of the four base SI units // Measurement Techniques. 2013. V. 56. N. 2. P. 113-120.Steiner R, Williams E.R., Newell D. B. Towards an electronic kilogram: an improved measurement of the Plank constant and electron mass // Metrologia. 2005. V. 42. P. 431-441.Steiner R, Williams E.R., Newell D. B. Towards an electronic kilogram: an improved measurement of the Plank constant and electron mass // Metrologia. 2005. V. 42. P. 431-441.Кононогов С. А. Хрущев В. В. О возможности замены прототипа килограмма атомным эталоном единицы массы // Измерительная техника. 2006. № 10. С. 3-8; Kononogov S. A., Khrushchev V. V. Scope for replacing the prototype kilogram by an atomic mass unit // Measurement Techniques. 2006. V. 49. N. 10. P. 953-956.Кононогов С. А. Хрущев В. В. О возможности замены прототипа килограмма атомным эталоном единицы массы // Измерительная техника. 2006. № 10. С. 3-8; Kononogov S. A., Khrushchev V. V. Scope for replacing the prototype kilogram by an atomic mass unit // Measurement Techniques. 2006. V. 49. N. 10. P. 953-956.Leonard B. P. Why the dalton should be redefined exactly in terms of the kilogram // Metrologia. 2012. V. 49. P. 487-491.Leonard B. P. Why the dalton should be redefined exactly in terms of the kilogram // Metrologia. 2012. V. 49. P. 487-491.Калинин М. И., Кононогов С. А. Постоянная Больцмана, энергетический смысл температуры и термодинамическая необратимость // Измерительная техника. 2005. № 7. С. 5-8; Kalinin M. I., Kononogov S. A. Boltzmann's Constant, the Energy Meaning of Temperature, and Thermodynamic Irreversibility// Measurement Techniques. 2005. V. 448. N. 7. P. 632-636.Калинин М. И., Кононогов С. А. Постоянная Больцмана, энергетический смысл температуры и термодинамическая необратимость // Измерительная техника. 2005. № 7. С. 5-8; Kalinin M. I., Kononogov S. A. Boltzmann's Constant, the Energy Meaning of Temperature, and Thermodynamic Irreversibility// Measurement Techniques. 2005. V. 448. N. 7. P. 632-636.Yang C. N., Lee T. D. Statistical Theory of Equations of State and Phase Transitions. I. Theory of Condensation // Phys. Rev. 1952. V. 87. N. 3. P. 404-409.Yang C. N., Lee T. D. Statistical Theory of Equations of State and Phase Transitions. I. Theory of Condensation // Phys. Rev. 1952. V. 87. N. 3. P. 404-409.Калинин М. И., Кононогов С. А. Переопределение единицы термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ) // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48. № 1. С. 26-31.Калинин М. И., Кононогов С. А. Переопределение единицы термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ) // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48. № 1. С. 26-31.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.