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中国计量院 屈继峰:追逐“温度”的人生


  来源: 中国市场监管报 时间:2022-10-27 编辑:仪器仪表WXF
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穿上薄棉袄,钻进位于地下的20°C恒温实验室,埋头检查电路连接,优化信号参数,启动实验系统,查看运行数据,收集实验结果……这样的日子,屈继峰曾度过8年。8年后,他与同事一起对国际单位制基本物理量温度的测量单位重新定义作出了突出贡献。


屈继峰现任中国计量科学研究院前沿计量科学中心党支部书记、主任,作为一名科研工编辑,多年来,他发挥党员先锋模范作用,扎根计量科研一线,勇于挑战计量前沿国际难题,带领团队取得了国际领先的研究成果,为我国在国际单位制基本单位重新定义这一历史性变革中争得话语权,极大提升了我国在国际计量领域的影响力。2022年,屈继峰当选为中国共产党第二十次全国代表大会代表。



重新定义温度单位


2017年4月13日,屈继峰几乎一夜未眠。在此前的100多个日夜里,他与团队成员通过连续实验采集到2000多GB的实验数据。第二天,这些数据的最终计算结果即将得出。


“当时,既紧张又期待,成不成功就看这临门一脚。”屈继峰回忆道。


不确定度百万分之二点七,运算结果让屈继峰心里的石头落了地,这是电学方法测定玻尔兹曼常数的全球最佳测量结果,被国际计量局局长马丁·米尔顿(Martin Milton)博士带领的国际计量咨询委员会评价为“玻尔兹曼常数的世界级研究工作”。


时间回到2009年。当年10月,屈继峰离开美国国家标准技术研究院(NIST),作为高层次引进人才进入中国计量科学研究院工作。以电学方法测定玻尔兹曼常数,实现基本温度单位的重新定义,成为他此后的主要研究方向。


什么是玻尔兹曼常数?它如何定义温度单位?“在宏观层面,温度是大家可以感受到的物体的冷热程度。而在微观或者说物理本质层面,温度其实是组成物体的微观粒子热运动的剧烈程度。”屈继峰先容,“这种看不见的粒子热运动剧烈程度如何换算为摸得着的冷热程度呢?玻尔兹曼常数就是其中的桥梁纽带。”


“为了实现适用于任意时间、任意地点、任意温度范围的温度测量单位新定义,国际计量委员会建议利用玻尔兹曼常数来重新定义温度单位。国际温度咨询委员会要求,至少要通过两种完全独立物理原理的方法来精确测定该常数。早在1988年,美国就实现了通过声学方法测定玻尔兹曼常数,但是国际上一直没有找到符合要求的第二种方法。”屈继峰说。


为了找到第二种测定方法,屈继峰开始了艰难的攻关。为了获取用于新实验装置的一个器件,2010年12月,他踏上了前往NIST合作实验室的道路。回忆起那段经历,他至今十分感慨:“因为大家新器件的设计与NIST原有设计不同,我只能在显微镜下,对原有器件进行‘手术’改造。这要求注意力保持高度集中,为了不破坏其他结构,我全神贯注地‘雕刻’了3天,最后成功获得两个合格器件。”第三天晚上,结束高强度工作后,屈继峰在骑自行车回住处的路上,遇上天降大雪,回去后腰部出了问题。因为着急回国赶实验,他只能坐轮椅回到北京。


功夫不负有心人。2013年底,屈继峰等人测定玻尔兹曼常数第一阶段实验结果得出,百万分之三点九的不确定度远远超出预期。“当时,国际上还没有电学方法测量不确定度进入百万分之十的数据,大家可以说是第一次突破了该方法的极限。”屈继峰说,“国际同行为此建立了新的模型算法来验证讨论大家的实验结果,这个验证讨论一直延续到2014年元旦凌晨,离国际科技数据委员会基本物理常数推荐值收录数据截止时间只有几个小时,最终证明大家的测量结果没有问题。”


第一阶段实验的成功大大激发了团队的干劲,达到国际温度咨询委员会要求的测量结果在随后的第四年诞生。这一结果和团队几位同事采用声学方法测定玻尔兹曼常数的结果,同时被国际科技数据委员会基本物理常数推荐值收录,突破了长期限制温度单位重新定义的技术瓶颈。2019年,国际计量大会正式使用玻尔兹曼常数来定义温度单位开尔文。至此,我国为国际单位制全面量子化变革作出关键贡献。这一研究成果作为“温度单位重大变革关键技术研究”项目的主要组成部分,荣获2018年度国家科技进步一等奖。


因为在基本物理常数测量和温度单位重新定义方面取得的成果,屈继峰受邀加入国际科技数据委员会基本物理常数任务组、国际温度咨询委员会新兴温度测量技术任务组等国际学术组织,参与国际基本物理常数推荐值等相关工作。


有“温度”的引路人


“他是一位有温度的引路人。”这是自2011年读研究生便师从屈继峰的周琨荔博士对他的评价。“屈老师不仅手把手教会了我很多常识,还以身作则引导我沉下心来,精益求精做研究。”周琨荔说,“在生活中,他对大家也很照顾,逢年过节都会邀请大家去家里吃饭。”


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