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中国科学技术大学刷新光谱学温度计量精度世界纪录
文章字数:709
  本报讯(全媒体记者 韩如意)近日,中国科学技术大学在温度精密测量领域取得里程碑式突破。该校分子精密光谱研究团队采用创新的“全频域测量”方法,成功实现了不依赖理论模型的、精度达ppm(百万分之一)级别的多普勒展宽测温(DBT),创造了光谱学温度计量的国际最高精度纪录。该项突破性研究成果已于近期发表于物理学顶级期刊《物理评论快报》。
  温度是国际单位制(SI)中最后一个基于基本物理常数重新定义的基本单位,其定义核心在于精确测定玻尔兹曼常数。多普勒展宽测温法(DBT)作为一种重要的原级测温方法,通过测量原子或分子热运动导致的光谱线展宽来直接反演温度,但其精度长期受限于分子碰撞效应和传统光谱测量方法的不足。
  研究团队为攻克这一难题,实现了从传统“光强测量”到“频率测量”的范式转变。他们利用自主研制的、模式线宽极窄的高精细度光学腔,选取结构简单的一氧化碳分子特定跃迁谱线,在接近碰撞自由的低气压环境下进行精密测量。通过独特的“低气压测量与零压外推”策略,团队成功剥离了分子碰撞对谱线的干扰,从根本上解决了长期困扰该领域的、对理论线型模型依赖的系统性难题。
  实验数据表明,该方法测得的温度值与现行最高标准(标准铂电阻温度计)的偏差极小,统计不确定度与系统不确定度均优于10ppm,首次将DBT的系统不确定度推进至10 ppm以内。审稿人对此给予高度评价,称其“是从20年前提出DBT方法以来最重要的概念性突破”。
  此项研究与此前发表于《科学进展》的线强度比测温法(LRT)工作形成有力互补,共同将光谱学测温精度推至新高度。该技术不仅为未来建立温度量子计量新标准奠定了坚实基础,其构建的超高精度测量平台还有望推动分子碰撞物理、大气环境遥感监测及精密气体计量等多个前沿领域的发展。

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