第17屆單位制咨詢委員會(ccu)會議于6月29日至7月1日在bipm所在地巴黎召開。參加會議的有各國代表29人，我國代表張鐘華、趙燕、陸祖良參加了會議。會議由ccu主席英國里茲大學教授mills主持，bipm局長wallard出席了會議。
會議的一個重要議題是將基本單位定義建立在基本物理常數(shù)基礎上，其中一個重要的問題是重新定義質(zhì)量單位千克。
一、會議前的討論和準備
把7個基本單位的定義建立在基本物理常數(shù)或者自然量子現(xiàn)象的基礎上，這樣建立的定義將不隨時間、空間和復現(xiàn)的方法而變化，是計量科學發(fā)展的方向。
但是，在質(zhì)量單位“千克”方面的研究情況卻并不盡如人意。目前，仍然用保存在國際計量局的鉑銥合金千克原器的質(zhì)量來定義。千克原器也成為最后一個仍在使用的實物基準?，F(xiàn)已查明，千克原器由于污染和清掃而產(chǎn)生不穩(wěn)定，100年大概變化了5×10-8，或者說50μg。與其他的基本單位，如長度、時間、電學量等的單位相比顯得相當滯后。另一方面，實物基準萬一發(fā)生火災、跌落等損壞情況，其量值將不能再準確復現(xiàn)，發(fā)生量值中斷的嚴重情況。1999年第21屆cgpm第7號決議要求各國計量院努力，通過實驗把質(zhì)量單位和基本或原子常數(shù)聯(lián)系起來，以便將來對千克作新的定義。
為質(zhì)量單位“千克”的重新定義問題，國際上一些先進國家已經(jīng)開展了20多年的實驗研究。例如與普朗克常數(shù)有關的實驗是功率天平，其不確定度達到1×10-7到5×10-8的水平；與阿佛加德羅常數(shù)有關的硅球試驗，復現(xiàn)性已達到3×10-7；還有德國ptb的金離子收集實驗。但硅球試驗的結果與功率天平之間存在1×10-6的差別。
2004年年底由ccu主席mills，codata主席mohr，bipm前任局長quinn，codata主要成員、前nist電學處處長taylor和nist功率天平項目組負責人williams提出了實質(zhì)性的建議。題目是“重新定義千克:作決定的時候到了”。其概要是:
1.將千克定義建立在普朗克常數(shù)或阿佛加德羅常數(shù)的基礎上，不必等待實驗得到了好的結果再來重新定義。
2.這樣重新定義千克以后，很多基本常數(shù)將大大減少它們的不確定度。
3.現(xiàn)有千克原器的值作為約定值，繼續(xù)使用，擔當量值傳遞任務，但其不確定度從原來的0變?yōu)?.7×10-7。這樣將不影響絕大部分的實際使用情況。
對這個建議，ccem和ccqm指出，由于兩個實驗結果之間存在1×10-6的差別，這個差別在近期內(nèi)不能解決，建議到2011年作出決定。ccem還建議電流單位同時重新定義，建立在給定基本電荷的基礎上。ccqm建議考慮化學關心的基本單位與基本常數(shù)問題。ccm提出了三個條件:這三個條件是，解決1×10-6的差別，單位復現(xiàn)水平達到2×10-8，這樣的復現(xiàn)方法至少有三個。在滿足這三個條件的基礎上同意改變定義。cct對現(xiàn)有溫標涉及的水，規(guī)定了其同位素含量；同意通過給定波爾茲曼常數(shù)重新定義開爾文；對實際使用的方法要作出安排。
2005年6月27日，codata在bipm召開會議。我國張鐘華院士參加了會議，會上主要提出了以下建議:三個基本單位同時重新定義，包括千克、安培、開爾文、千克傾向于與普朗克常數(shù)建立聯(lián)系，同時也希望通過給定阿佛加德羅常數(shù)重新定義物質(zhì)量的單位摩爾。
二、中國的會前準備
6月17日召開了由國家質(zhì)檢總局計量司組織并主持的專家研討會。會后進一步廣泛征詢有關專家的意見。最后綜合形成總的意見，并報經(jīng)領導同意，作為中國代表參加國際會議的指導。內(nèi)容如下:
1.將基本單位建立在基本常數(shù)的基礎上是計量科學發(fā)展的方向，最近提出的對質(zhì)量單位重新定義的建議具有重要的科學意義，引起了包括中國的重視和討論，促進了這項工作的進展，起到了積極的作用。
2.目前兩個實驗結果之間存在的1×10-6的偏差需要解決，ccem和ccqm認為短期內(nèi)不可能解決這個問題。我們認為2011年再予以討論這個問題是適宜的。
3.阿佛加德羅常數(shù)定義千克具有直觀性，容易為人理解，普朗克常數(shù)是量子力學中的一個關鍵常數(shù)，兩者各有優(yōu)缺點。盡管按照目前的理解，我們傾向于普朗克常數(shù)，但還是建議到2011年再來討論這個問題。
4.ccm提出的問題反映了計量在社會生活中的重要性，應該引起重視。
5.要在常數(shù)確定和千克復現(xiàn)方法兩個方面繼續(xù)努力。
中國代表已將這個意見作為39號會議文件在會上作了說明。
三、會議討論情況及結論
美國nist的williams(功率天平項目負責人)報告了改進普朗克常數(shù)測量和功率天平實驗的情況。通過對幾個國家計量院和bipm功率天平的原理和特點的介紹，對存在的不確定度進行了分析。nist于4月份給出結果的不確定度是6×10-8，希望進一步努力，爭取更好的結果。例如為2006年的cotada平差，爭取達到(2～3)×10-8的水平。
日本nmij的fujii(硅球項目負責人)報告了確定阿佛加德羅常數(shù)和通過硅球試驗重新定義千克的情況。他作了關于日本nmij、德國ptb、比利時irmm、意大利imgc、澳大利亞nmia、美國nist合作進行的硅球試驗的專題報告，包括晶格常數(shù)、密度、摩爾質(zhì)量和阿佛加德羅常數(shù)的測定情況，分析報告了表面氧化層對直徑測量的影響，并對天然同位素硅球獲得阿佛加德羅常數(shù)進行了進一步的計算。這次的報告值為6.0221353(18)×1023mol-1。與2002年cotada發(fā)表的值6.0221415(10)×1023mol-1相比，其差為-1.0×10-6。通過國際合作項目iac(international avogadro coordination)，希望將阿佛加德羅常數(shù)測定的相對標準不確定度從目前的3.1×10-7達到2006年的6.9×10-8，2009年的2.1×10-8。
法國科學院的borde建議，根據(jù)能量關系式mc2=hυ，用德布羅意-康普頓頻率來定義千克:千克是質(zhì)量的單位，它是德布羅意-康普頓頻率準確等于[(299792458)2/(6.6260693×10-34)]hz的物體的質(zhì)量。這個定義也是通過給定普朗克常數(shù)來實現(xiàn)的，其優(yōu)點是，從物理概念上比較容易理解，但這個頻率十分巨大，不能直接測量，復現(xiàn)方法目前還是要通過功率天平，因此在會議上沒有得到積極的響應。
ptb代表(ccm)認為目前的千克原器的問題并不如所說的那么嚴重，實際它的穩(wěn)定性比目前與基本常數(shù)相聯(lián)系的幾個實驗的不確定度要小得多。下面是他們列出的具體的相對不確定度數(shù)據(jù):
千克原器方面:
1kgpt-ir原器小于0.01×10-7；
ccm能達到的水平0.2×10-7；
e1等級1kg標準0.8×10-7；
基本常數(shù)及實驗:
普朗克常數(shù)、阿佛加德羅常數(shù)1.7×10-7，兩個實驗復現(xiàn)結果之間的差10×10-7。
他們同時強調(diào)千克量值在實際使用中連續(xù)性的重要性。
與會者認為，1999年第21屆cgpm第7號決議，就提出了通過實驗把質(zhì)量單位和基本或原子常數(shù)聯(lián)系起來，以便對千克作新定義的問題；而長度單位的重新定義，給了我們成功的經(jīng)驗，一般能理解并接受基本單位建立在基本常數(shù)上的重要性。從幾個cc的建議看，都是同意這一點的。ccm盡管提出了3個嚴格的條件，但對基本單位建立在基本常數(shù)上這一點，也是原則上同意的。
代表們從單位對貿(mào)易、工業(yè)和科學研究等實用性出發(fā)，強調(diào)復現(xiàn)方法及其復現(xiàn)不確定度的重要性；強調(diào)基本常數(shù)的數(shù)值要有新的進展；強調(diào)新定義必須為不同專業(yè)例如不同cc理解并接受；指出用普朗克常數(shù)定義千克從概念上不容易理解，對中小學生的教學工作也不容易進行。
關于用基本電荷定義電流的問題，原來的定義是通過給定真空磁導率μ0給出電流定義的，這個定義還和長度和力的單位有關。1988年cipm建議，用約瑟夫森常數(shù)和馮克里青常數(shù)來復現(xiàn)電壓和電阻的單位。
在si框架內(nèi)，每次codata平差，都是要給出相應的si值kj和rk。但作為出現(xiàn)在單位中的常數(shù)不能常常變化，必須固定。1988年cipm建議中給出了kj和rk的固定值，用kj-90和rk-90表示，稱為約定值(conventional value)。這樣一來，它們就不在嚴格意義上的si框架內(nèi)。
假如在千克定義中固定了普朗克常數(shù)的值，再假如在電流定義中固定基本電荷的值，那么約瑟夫森常數(shù)和馮克里青常數(shù)也就固定了。這樣復現(xiàn)的電壓、電阻單位就將建立在嚴格的si框架內(nèi)準確的常數(shù)基礎上。因此在重新定義的si單位制內(nèi)，這個新的電流定義對電學計量是十分有意義的。
ptb代表介紹了國際上確定波爾茲曼常數(shù)的情況。所采用的方法目前有4種，包括acoustic gas thermometry(agt)，thermal-equation-of-state methods，radiation thermometry和methods based directly on statistics and quantisation。目前確定波爾茲曼常數(shù)的不確定度已經(jīng)達到2ppm，未來5年內(nèi)估計能達到1ppm。
法國科學院的c. j. borde博士報告了他們在探索用給定波爾茲曼常數(shù)k以重新定義溫度單位開爾文的工作中得到的新進展。他們用一束紅外激光通過一個氨氣吸收器，得到了相當?shù)奈兆V線。譜線的信噪比達到7000，寬度約為20mhz。吸收譜線的寬度可以用公式
其中λ為激光的波長，m為氨分子的質(zhì)量。這樣，就可以用吸收譜線的寬度δνδ來測定t，從而提供了一種用給定波爾茲曼常數(shù)k以重新定義溫度單位開爾文的新方法。此項工作受到了與會代表的廣泛注意。
會議經(jīng)過兩天半的討論，達成ccu給cipm的建議。
1.建議求cipm(國際計量委員會)今年10月會議原則同意，將質(zhì)量單位“千克”重新定義(例如通過給定普朗克常數(shù)的量值)。同時重新定義電流單位“安培”(通過給定基本電荷的量值)，重新定義溫度單位“開爾文”(通過給定布爾茲曼常數(shù))。在一系列限制條件下，建議cipm向2011年24屆cgpm(國際計量大會)提出建議，通過這一項決議。這些限制條件有:實驗數(shù)據(jù)的重要性，為不同的cc所接受，廣泛宣傳，聽取社會大眾的意見。
2.考慮同時重新定義物質(zhì)量的單位“摩爾”(通過給定阿佛加德羅常數(shù))。
3.cipm為2007年23屆cgpm大會準備決議，向成員國預告這件事情，以期引起重視。
4.鼓勵成員國的計量院向本國政府申請經(jīng)費，繼續(xù)開展研究。
四、幾點看法
1.國際上對千克重新定義的問題，盡管有不同意見，實驗也沒有獲得實質(zhì)性的突破，但主流趨勢傾向于改變現(xiàn)有的質(zhì)量單位定義，未來改變定義的可能性很大。
2.建議對千克的新定義繼續(xù)給予關注和必要的重視，并作出相應的規(guī)劃；電學、熱工、特別是化學領域的計量工作者要了解目前的情況，檢查可能存在的問題，作出應對改變的措施。