[논문 리뷰] CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2022

Peter J. Mohr, David B. Newell외 2명|arXiv (Cornell University)|2024. 08. 30.

Renal function and acid-base balance인용 수 37

한 줄 요약

이 논문은 2022년 12월 31일까지의 데이터를 이용한 최소자승 보정을 통해 얻은 2022년 자기일관 CODATA 기본 물리상수 값을 제시하고, 주요 개선점과 데이터 불일치를 논의한다.

ABSTRACT

We report the 2022 self-consistent values of constants and conversion factors of physics and chemistry recommended by the Committee on Data of the International Science Council (CODATA). The recommended values can also be found at physics.nist.gov/constants. The values are based on a least-squares adjustment that takes into account all theoretical and experimental data available through 31 December 2022. A discussion of the major improvements as well as inconsistencies within the data is given.

연구 동기 및 목표

• 물리학과 화학을 위한 자기일관된 기본 물리상수 및 변환 계수를 제공한다.
• 2022년 12월 31일자까지의 이론적 및 실험적 데이터를 포함하는 최소자승 보정을 수행한다.
• 2022년 권고 값에 영향을 미치는 주요 개선점과 데이터 불일치를 식별한다.
• 뮤온 및 전자 전이 데이터의 처리와 그것이 도출 상수에 미치는 영향을 설명한다.
• 2022년 결과를 2018년 보정과 비교하고 계측학 및 이론에 대한 시사점을 논의한다.

제안 방법

• 133개의 입력 데이터와 79개의 보정 상수(ν = 54)의 최소자승 보정(LSA)을 사용한다.
• 상대 원자 질량, 이온화/결합 에너지, 수소/중수소 전이 에너지, 뮤온 원자, 전자 자기 모멘트 이상, 그리고 약력 수량들을 포함한 광범위한 입력 데이터를 포함한다.
• 허용 가능한 χ² 및 데이터 일관성을 달성하기 위해 불확실성 확장 계수를 적용한다(표 11,12 및 D1–D6에 대해 1.7배, 계수는 2.5).
• AMDC, NIST ASD 및 기타 소스의 데이터를 업데이트된 이론 및 상관관계와 함께 보정의 입력으로 취급한다.
• 뮤온 Lamb-시프트 데이터의 반지름 결정에서의 역할과 양성자 반지름 퍼즐을 논의한다.
• 2022 CODATA 값과 2018 보정의 비교를 보고하며, 개정된 SI 및 이론 개선의 효과를 포함한다.

Figure 1: Comparison of the recommended value of the rms charge radii of the proton $r_{\rm p}$ and of the deuteron $r_{\rm d}$ from the 2022 and previous five CODATA adjustments (in red). Values from the 2022 adjustment are given in Table LABEL:tab:radcomp .

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자기일관된 2022 CODATA 권고 기본 상수 및 변환 계수의 값은 무엇인가?
• RQ2 2022년 12월 31일까지의 새로운 실험 및 이론 데이터가 2018년 보정과 비교하여 보정 상수에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 2022년 보정에서 식별된 주요 개선점과 불일치는 무엇이며 이것이 불확실성과 중심값에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 주요 이슈인 양성자 반지름 퍼즐과 뮈온 자기모멘트 이상은 2022 보정에서 어떤 상태인가?

주요 결과

• 2022년 보정은 133개의 입력 데이터와 79개의 보정 상수(ν = 54)를 사용한다.
• 초기 χ² = 109.6은 확장 계수를 적용한 후 χ² = 44.2로 감소하고, ν = 54일 때 χ² 값이 우연히 나타날 확률은 83%가 된다.
• 갱신된 전자 자기모멘트 이상 입력 및 관련 이론이 α의 불확실성을 다수의 독립적 결정으로부터 감소시킨다.
• 뮤온 자기모멘트 이상은 실험과 이론 사이에 4.2σ 차이가 나타나며, 최근 FNAL 결과가 보정에 영향을 준다.
• 뮤온 Lamb-시프트 반지름과 전자 전이 데이터가 불확실성 내에서 서로 다른 중심값을 보이는 지속적인 양성자 반지름 퍼즐이 있다.
• 뉴턴의 중력상수 G는 2018 보정과 같은 상태를 유지하며, 이 기간에 G에 영향을 주는 새로운 데이터가 없음을 반영한다.

Figure 2: Coefficient $A_{1}^{(10)}$ for the electron anomaly and its uncertainty as evaluated by Aoyama et al. ( 2019 ) and Volkov ( 2019 ) as well as its value and uncertainty used in the 2022 CODATA adjustment. The values of $A_{1}^{(10)}$ used in the adjustment include an expansion factor of $2.