我國參與千克復現(xiàn)方法國際比對成績優(yōu)異

為建立新的質(zhì)量量值傳遞系統(tǒng)提供重要技術支撐

本報訊 （王 健 劉旭紅）近日，國際計量局發(fā)布了首次千克復現(xiàn)方法國際關鍵比對的報告。我國繼加拿大、美國、國際計量局之后，第4個具有采用電天平方案在真空中達到10-8量級測量能力。這意味著我國的測量數(shù)據(jù)得到國際計量委員會的認可，并參與國際約定值的確定，進而用于千克新定義實施后全球質(zhì)量單位的量值傳遞。

中國計量科學研究院（以下簡稱中國計量院）能量天平國際比對團隊采用NIM-2能量天平裝置代表我國參加了這次比對。我國的測量結(jié)果與比對參考值的相對偏差為1.17×10-8，綜合不確定度為4.49×10-8量級，這相當于要分辨出一頭藍鯨身上落了一只蚊子后的變化量。

質(zhì)量單位千克的重新定義，被國際知名學術期刊《自然》（Nature）稱為“像尋找希格斯粒子一樣的世界六大科學難題之一”。自1975年英國國家物理實驗室（NPL）提出功率天平方案至今，世界各國已經(jīng)為此付出了幾十年的努力。目前，能夠利用普朗克常數(shù)復現(xiàn)質(zhì)量單位千克的方法主要有3種，分別為：功率天平法、能量天平法和硅球方案。采用功率天平方案開展研究的，除英國外，還有美國、法國等國和國際計量局，歷時10年到40多年不等。硅球方案由以德國計量院主導，日本、意大利等國計量院參與組成的國際阿伏伽德羅常數(shù)合作組織聯(lián)合研究。2006年，中國工程院院士、中國計量院首席研究員張鐘華及其團隊自主提出能量天平方案。經(jīng)過13年的發(fā)展，團隊研制成功第二代裝置——NIM-2能量天平裝置，比對測量結(jié)果達到國際先進行列。

據(jù)中國計量院力聲所質(zhì)量實驗室主任李正坤研究員介紹，2018年11月，第26屆國際計量大會的1號決議，批準了對千克等4個基本單位進行重新定義。2019年5月20日，質(zhì)量單位千克的新定義正式實施。但是，國際計量委員會認為，在2017年為質(zhì)量單位重新定義而進行評差時，各國提供的普朗克常數(shù)測量結(jié)果的一致性，不足以保證各個國家的裝置在復現(xiàn)質(zhì)量單位時是一致的。因此，決定在有充足的數(shù)據(jù)證明各個國家的復現(xiàn)裝置的一致性之前，質(zhì)量的量傳將通過國際比對的方式，得到一個約定值，進而由約定值為基準進行量傳。

2019年，國際計量局組織了首次千克復現(xiàn)方法國際關鍵比對。7個從事千克復現(xiàn)方案研究的國家計量實驗室采用3種不同方案參加此次國際比對。參加此次國際比對的7家實驗室都為全球質(zhì)量測量水平頂尖實驗室，其中包括我國在內(nèi)，共有6個國家達到了10-8量級的準確度水平。

中國計量院采用NIM-2能量天平裝置對兩顆比對樣品（1顆鉑銥合金砝碼和1顆不銹鋼砝碼）測量的相對標準不確定度分別為5.2×10-8和6.5×10-8。我國測量結(jié)果與國際比對參考值的偏差居第三位，不確定度水平居第五位。

此次比對數(shù)據(jù)表明，我國研制的能量天平試驗裝置的測量能力得到了國際計量委員會的認可。此項研究成果為建立具有我國獨立自主的質(zhì)量單位復現(xiàn)裝置和新的質(zhì)量量值傳遞系統(tǒng)提供了重要的技術支撐。

《中國質(zhì)量報》