Pięćdziesiąta rocznica precyzyjnego wyznaczenia prędkości światła
W kończącym się 2022 roku mija już pięćdziesiąta rocznica wyznaczenia prędkości światła w próżni. Można by powiedzieć, że był to początek rewolucji w miarach, dzisiaj odzwierciedlony w nowym SI.

Precyzyjne ustalenie tej wartości umożliwiło na nowo zdefiniowanie jednostki miary długości SI, czyli metra. Stało się również początkiem nowego podejścia przy definiowaniu pozostałych podstawowych jednostek miar SI w oparciu o stałe definiujące, do których właśnie zalicza się prędkość światła w próżni. W ten sposób rozpoczęła się rewolucja w miarach, dzisiaj odzwierciedlona w nowym SI.
Do wyznaczenia prędkości światła zastosowano metodę pomiaru pośredniego, poprzez niezależny pomiar częstotliwości i długości promieniowania laserowego. Wyczynu tego dokonał zespół naukowców pracujących w JILA (Joint Institute for Laboratory Astrophysics), pod kierownictwem Johna Halla, laureata Nagrody Nobla. JILA to instytut naukowy stworzony w 1962 roku, znajdujący się na terenie kampusu Uniwersytetu Kolorado w Boulder i zarządzany wspólnie przez ten uniwersytet i przez National Institute of Standards and Technology (krajową instytucję metrologiczną w USA).
John Hall i Richard Barger do pomiaru wykorzystali lampę kryptonową, której długość fali definiowała metr (od 1960 roku) oraz stabilizowany metanem laser helowo-neonowy. Przy użyciu interferometru własnej konstrukcji zmierzyli długość fali linii metanu 3,39 μm z większą precyzją niż pozwalał na to wzorzec stworzony na bazie lampy kryptonowej, pełniący rolę międzynarodowego wzorca metra. Po wielu wysiłkach eksperymentalnych w 1972 roku wyznaczyli długość fali, która wyniosła 3,392 231 376(12) μm dla badanej linii metanu.
Jednocześnie Kenneth Evenson i jego zespół zmierzyli częstotliwość linii metanu 3,39 µm i ustalili jej wartość na 88,376 181 627(50) THz. Mnożąc tę częstotliwość przez długość fali zmierzoną przez Halla i Bargera, zespół naukowców z JILA wyznaczył prędkość światła, wynoszącą 299 792 456,2(1,1) m/s. Osiągnięcie to zostało opublikowane w czasopiśmie naukowym Physical Review Letters*), w listopadzie 1972 roku.
Po weryfikacji powyższego wyniku i niewielkiej korekcie, w 1975 roku 15. CGPM (Generalna Konferencja Miar) ostatecznie przyjęła wartość prędkości światła w próżni jako c = 299 792 458 m/s, a w roku 1983 weszła w życie rezolucja 17. CGPM definiująca metr jako długość przebyta przez światło w próżni w czasie 1/299 792 458 s.
*) K. M. Evenson, J. S. Wells, F. R. Peterson, B. L. Danielson, G. W. Day, R. L. Barger, J. L. Hall: Speed of Light from Direct Frequency and Wavelength Measurements of the Methane-Stabilized Laser. Physical Review Letters, vol. 29 (1972),
s. 1346-1349.
Komentarze