Методичні вказівки до виконання практичних робіт з навчальної дисципліни "Основи квантової метрології"

Abstract

Світ, в якому ми живемо, являє собою єдиний і багатовимірний простір, в якому всі предмети і явища знаходяться в різноманітних станах і формах. Як відомо, теоретично всі явища і об’єкти матеріального світу володіють корпускулярно-хвильовим дуалізмом, який характеризується наявністю у об’єктів протилежних властивостей: корпускулярних (дискретних) і хвильових (безперервних). Але виявляється цей дуалізм лише в мікросвіті, і його фізичною основою є квантова механіка. В макросвіті діють, в основному, закони класичної механіки Ньютона, а також закони термодинаміки, електромагнетизму тощо. Це світ, в якому ми живемо і працюємо, в якому діє класична (практична) метрологія, міжнародна система одиниць СІ і на основі фізичних законів якої діють більшість існуючих сьогодні засобів вимірювань. Яке ж місце займає в цій картині світу метрологія? Чи мають право на існування еталони часу, частоти, довжини, маси, коли спростовується абсолютність цих понять? Відповідь може бути така. Наукову основу метрології – фізику – дещо умовно можна подати у вигляді трьох основних розділів: класичної фізики, теорії відносності або релятивістської фізики і квантової фізики (та їх сполучень). Методичні вказівки призначені для вивчення квантових ефектів, які покладені в основу роботи сучасної вимірювальної апаратури. У методичних вказівках детально і доступно розглянуті питання застосування квантових технологій при відтворенні таких основних одиниць, як секунда і кілограм. Описано використання в метрології квантових генераторів. Велика увага приділяється таким квантовим ефектам, як ефект Холла та ефект Джозефсона, на основі яких побудовані еталони напруги та еталон електричного опору. Наведено індивідуальні завдання для виконання практичних робіт. Розглянуті приклади і завдання допоможуть ефективному освоєнню основ квантової метрології всіх зацікавлених осіб.