[論文レビュー] The New SI and fundamental constants: different meanings assigned to the same data, and and how to proceed from recommended numerical values to their stipulation and beyond

Franco Pavese|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2015

Scientific Measurement and Uncertainty Evaluation被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、基本定数に基づくSIの再定義を批判し、現在の実験的不確実性およびデータの不整合性が、定数に主張される精度を損なっていると主張する。定数の数値を規定するための見直されたアプローチを提案し、基本単位を維持し、将来の実装における計量的連続性を確保する必要性を強調する。

ABSTRACT

The use of the fundamental constants for the definition of the most important measurement units of the International System, was considered a good solution to found it on more solid bases. From further analysis, this solution was found implying a number of consequences underevaluated by the BIPM until the proposal presented for discussion in November 2018 to the CGPM, or at least never clearly explained to the signatories Countries of the Metre Treaty. This lack of clarity will affect the implementations of the revised System in the future. Following previous illustrations, this v.5 of the paper is focusing on some issues of direct impact on the correctness of the new definition and on its implementation: how many digits, supported by the latest experimental values, can be stipulated for the numerical values of the constants; why the present experimental uncertainties do not support the pretended precision of the constants; how inconsistencies affect some constant final database; why the CODATA LSA analysis alone is insufficient to support the stipulated precision of the constants; how the need should be explained of keeping the former base units, in order to preserve their present magnitudes; which is the true base-units/constants relationship; how the now-installed hierarchy between the constants and the base units makes changes in the future metrological pyramid; how to still use the present top national standards in future.

研究の動機と目的

• 新SIで定義される基本定数に用いられた実験的データの不整合を特定・是正すること。
• 現在の不確実性が、新SIで主張される定数の精度を支持しない理由を明確にすること。
• CODATA最小二乗法調整（LSA）だけでは、規定された定数値の精度を正当化するには不十分である理由を説明すること。
• 計量的実務における安定性を確保するため、旧来の基本単位を維持すべきであると主張すること。
• 将来の計量的整合性を確保するため、基本単位と基本定数の明確な関係を確立すること。

提案手法

• 最新の基本定数の実験的値を分析し、その信頼性と精度を評価する。
• CODATA最小二乗法調整（LSA）が、定数の規定された精度を支持する上で有する限界を評価する。
• 新SI定義の整合性を損なう、最終定数データベース内の不整合を特定する。
• 将来の計量的安定性を確保するため、定数と基本単位の間の見直された階層を提案する。
• 新SI構造が、既存の計量的ピラミッドおよび国家基準に与える影響を検討する。
• 見直されたシステム下でも、現在の最上位レベルの国家基準との整合性を維持するための手法を提言する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ現在の実験的不確実性は、新SIで主張される基本定数の高精度を支持しないのか？
• RQ2 定数データベース内の不整合が、新SI定義の信頼性をどのように損なうのか？
• RQ3 なぜCODATA LSA解析だけでは、定数の規定された精度を正当化できないのか？
• RQ4 見直されたSI枠組みにおいて、基本単位と基本定数の真の関係は何か？
• RQ5 既存の国家基準は、新SI構造下でどのようにして保持され、効果的に使用できるのか？

主な発見

• 現在の基本定数の実験的不確実性は、新SIで規定された高精度値を支持しない。
• 最終定数データベース内の不整合が、新定義の信頼性を損なう。
• CODATA LSA手法だけでは、定数の精度を正当化できない。これは、根本的なデータ品質の問題に起因する。
• 定数と基本単位の間の新しい階層は、将来の計量的ピラミッドに不安定性をもたらす。
• 旧来の基本単位を維持することが、既存の測定値の大きさを保ち、計量的連続性を確保するために不可欠である。
• 新SI枠組みが計量的追跡可能性と整合性を適切に反映していれば、既存の国家基準は将来にも使用可能である。