Międzynarodowy prototyp (standard) kilograma jest przechowywany w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag (zlokalizowanym w Sèvres pod Paryżem) i jest cylindrem o średnicy i wysokości 39,17 mm wykonanym ze stopu platynowo-irydowego (90% platyny, 10% irydu). Pierwotnie kilogram definiowano jako masę jednego decymetra sześciennego (litra) czystej wody o temperaturze 4 ° C i standardowym ciśnieniu atmosferycznym na poziomie morza.
Więc dlaczego stało się cięższe?
Wykorzystując unikalną technologię wykrywania Theta, prof. Peter Cumpson i dr Naoko Sano z Uniwersytetu w Newcastle przeanalizowali powierzchnię wzorca i ustalili, że Międzynarodowy Prototyp (Standardowy) Kilogram określa ilościowo zanieczyszczenie węglowodorami na jego powierzchni. Ich badania pokazują, że Międzynarodowy Prototyp (Standard) kilograma prawdopodobnie zyskał dziesiątki mikrogramów masy od czasu wprowadzenia standardu w 1875 roku. Ale ponieważ jest to kilogram, któremu muszą odpowiadać wszystkie kilogramy na świecie, w sensie teoretycznym przynajmniej wszystkie kilogramy będą również technicznie cięższe.
Chociaż wzrost odniesienia w kilogramie o dziesiątki mikrogramów może wydawać się nieistotny, Peter Cumpson twierdzi, że wszelkie rozbieżności między międzynarodowym prototypem (odniesieniem) dla kilograma a jego replikantami mogą być problematyczne. „Istnieją przypadki międzynarodowego handlu materiałami o wysokiej wartości - gdzie każdy ostatni mikrogram musi być uwzględniony”. Nagromadzone węglowodory można usunąć przez wystawienie na działanie mieszaniny promieni ultrafioletowych i ozonu.
Sytuację komplikuje fakt, że na świecie przechowywanych jest w Paryżu 39 najdokładniejszych kopii kilograma referencyjnego, które kiedyś wysyłano do różnych krajów świata w celu zachowania ujednoliconego systemu miar i wag. Obecnie, według wielu naukowców, zaczynają coraz bardziej różnić się od siebie wagą ze względu na warunki klimatyczne i inne warunki panujące w różnych częściach planety.
„Uprzemysłowienie, które zaszło na świecie, oraz charakter funkcjonowania współczesnego społeczeństwa doprowadziły do tego, że powierzchnia kilograma odniesienia nabrała blaszki w postaci dodatkowych cząstek” - mówi zespół badawczy z Uniwersytetu w Newcastle. - Światowy standardowy system balastowy jest teraz zagrożony stworzeniem w nim chaosu. Byliśmy przerażeni, gdy zobaczyliśmy, że cząsteczki rtęci nagromadziły się na powierzchni jednego z 40 kilogramów odniesienia przechowywanych w Wielkiej Brytanii”- powiedział kierownik projektu, profesor Peter Campson.
Film promocyjny:
Zgodnie z informacjami otrzymanymi w publikacji, obecnie dyskutowana jest kwestia, w jaki sposób przeprowadzić specjalne „oczyszczenie z kurzu” powierzchni wszystkich 40 kilogramów odniesienia, aby przywrócić ich do jednej wagi.
Na konferencji Królewskiego Towarzystwa Naukowego w Londynie w dniach 24-25 stycznia Richard Davis, były szef wydziału masowego Międzynarodowego Biura Miar (z siedzibą w Sèvres, niedaleko Paryża), zaproponował złagodzenie definicji. Jako środek tymczasowy przed ponownym zdefiniowaniem „masy kilogramowej” zaproponował uśrednienie spornych mas. Jeśli więc wyniki dwóch eksperymentów różnych typów w określaniu masy nie do końca się zgadzają, należy je po prostu uśrednić, a otrzymaną wartość uznać za nowy standard - cytuje propozycję naukowca Nature News.
Plan ten ma jednak wielu przeciwników. „Decyzja o uśrednieniu dwóch niespójnych wyników byłaby całkowicie poprawna matematycznie, ale nie jest to podejście naukowe” - powiedział Michael Hart, fizyk z Uniwersytetu w Manchesterze.
Uśrednieni zwolennicy postrzegają to jako krok naprzód. „Idealnie byłoby, gdybyśmy chcieli osiągnąć idealną zbieżność pomiarów. Ale jeśli to nie zadziała, musisz zastosować podejście matematyczne”- powiedział Terry Quinn, były dyrektor Międzynarodowego Biura Miar i Wag. Podkreśla, że różnice, o których mowa, są zbyt małe, aby stwarzać realne problemy dla praktycznego zastosowania środka.
Ta różnica jest poważnym problemem na dłuższą metę, ponieważ nie można ocenić, czy kopie stają się cięższe, czy odwrotnie, referencja jest lżejsza.
Dlatego naukowcy od dawna planują zastąpić „materialny” standard kilograma, wyrażając go w postaci niezmiennych stałych fizyki, które są określane z dużą dokładnością i nie zmieniają się. Jeśli to się powiedzie, masa kilograma pozostanie tak niezmieniona, jak prawa wszechświata.
Naukowcy stosują dwa podejścia, aby znaleźć dokładne wyrażenie na kilogram: w pierwszym masę kilograma określa się za pomocą pól elektrycznych i magnetycznych, aw drugim próbują wyrazić to za pomocą stałej Plancka, jednej z podstawowych wielkości mechaniki kwantowej.
Druga metoda polega na bezpośrednim przeliczeniu liczby atomów w krystalicznej kuli krzemowej. Wynik ten pozwala na przedefiniowanie kilograma w kategoriach stałej Avogadro, która jest liczbą cząsteczek na mol materii i, w rzeczywistości, wiąże masę atomową pierwiastka z masą ciała makroskopowego.
W ostatnich latach pomiary obiema metodami prowadzono z dokładnością do 30 ppb, co jest granicą najdokładniejszych pomiarów masy walca platynowo-irydowego. Jednak wyniki obu typów eksperymentów różnią się o 175 miliardów akcji - jest to o wiele bardziej uzasadnione z metodologicznego punktu widzenia.
Nie pozwala to na oficjalne przedefiniowanie miary kilograma, ponieważ przyczyny rozbieżności są niejasne i nie można ich jeszcze wyeliminować. Dlatego wysunięto propozycję o elementarnym uśrednieniu dwóch obliczeń i takiej matematycznej redefinicji kilograma.
Zadanie przedefiniowania standardu masy staje się z czasem coraz bardziej ostre. „Im dłużej czekamy i naradzamy się, tym większy jest dryf masy między oryginalnym standardem a jego replikami. Wtedy nie będziemy w stanie w ogóle zgodzić się, jaką masę należy uznać za odniesienie. Sytuacja wygląda na szaloną”- przyznaje Quinn.
Jak dotąd naukowcy zgodzili się, że atomy krzemu są idealne do projektu ze względu na ich stabilność. W standardowych warunkach prawie nigdy nie ulegają zniszczeniu, a wszystkie uszkodzenia można łatwo obliczyć. „Chcemy przedefiniować kilogram w oparciu o masę atomu, chcemy policzyć atomy w jednym kilogramie pewnego kryształu” - powiedział profesor Peter Becker „Mierzymy objętość kuli i atomu krzemu, a kiedy podzielimy kulę krzemu przez objętość atomu, otrzymamy liczbę atomów - wszystko jest bardzo proste”. W produkcji wzorca biorą udział naukowcy z wielu krajów, w tym z Rosji. Na produkcję krzemowej kuli wydano 2 miliony euro i powstawała ona przez prawie 5 lat. Zdaniem kierownika projektu fizycy już obliczyli, ile atomów krzemu powinno znajdować się w jednym kg i zaczęli „składać”chociaż ten standard nie będzie idealnie dokładny, ponieważ jak dotąd naukowcy nie mogą „złożyć” wzorca w dosłownym znaczeniu atomów.
Stowarzyszenie produkcyjne „Zakład Elektrochemiczny” w Zelenogorsku na terytorium Krasnojarska będzie dostarczać surowce do stworzenia nowego międzynarodowego standardu kilograma - idealnej kuli wykonanej z pojedynczego kryształu izotopu krzemu-28, poinformował serwis prasowy przedsiębiorstwa Interfax.
Wzorzec zostanie wykonany w postaci idealnej kuli z pojedynczego kryształu izotopu krzemu-28.
Kryształ będzie hodowany w Instytucie Wzrostu Kryształów w Niemczech z krzemu polikrystalicznego uzyskanego w Instytucie Chemii Substancji Wysokiej Czystości w Niżnym Nowogrodzie. Pierwotny surowiec do wzorca - czterofluorek krzemu - dostarczyła firma Zelenogorsk ECP.