Kilon kansainvälinen prototyyppi (vakio) varastoidaan Kansainvälisessä painojen ja mittojen toimistossa (sijaitsee Sèvresissä lähellä Pariisia), ja se on halkaisijaltaan ja korkeudeltaan 39,17 mm oleva sylinteri, joka on valmistettu platina-iridiumseoksesta (90% platinaa, 10% iridiumia). Alun perin kilo määritettiin puhtaan veden yhden kuutiometrin (litran) massana 4 ° C: n lämpötilassa ja ilmanpaineessa normaalilla merenpinnan tasolla.
Joten miksi se raskastui?
Käyttämällä ainutlaatuista Theta-anturiteknologiaa, professori Peter Cumpson ja tohtori Naoko Sano Newcastlen yliopistosta analysoivat standardin pinnan ja totesivat, että kansainvälisen prototyypin (standardi) kilo oli kvantitatiivisesti lisännyt hiilivetysaastumista sen pinnalla. Heidän tutkimuksensa osoittaa, että kilogramman kansainvälinen prototyyppi (standardi) on todennäköisesti saanut massaksi kymmeniä mikrogrammia standardin käyttöönoton jälkeen vuonna 1875. Mutta koska tämä on kilogramma, jonka kaikkien maailman kilogrammien on vastattava, teoreettisessa mielessä ainakin kaikki kilogrammat ovat myös teknisesti raskaampia.
Vaikka kymmenien mikrogrammien lisäys kilogramman referenssissä voi tuntua merkityksettömältä, Peter Cumpson väittää, että mikä tahansa ero kilogramman kansainvälisen prototyypin (referenssi) ja sen replikanttien välillä voi olla ongelmallista. "On tapauksia, joissa kansainvälistä kauppaa käydään arvokkaiden materiaalien kanssa - jokainen viimeinen mikrogrammi on otettava huomioon." Kertyneet hiilivedyt voidaan poistaa altistamalla se ultraviolettisäteiden ja otsonin seokselle.
Tilannetta monimutkaistaa se, että maailmassa on 39 tarkinta kopiota Pariisissa varastoiduista viitekiloista, jotka lähetettiin kerralla maailman eri maihin ylläpitämään yhtenäistä mitta- ja painojärjestelmää. Nyt useiden tutkijoiden mukaan he alkavat erota toisistaan enemmän ja enemmän paikoista johtuen ilmastollisista ja muista olosuhteista, joita esiintyy planeetan eri osissa.
"Maailmassa tapahtunut teollistuminen ja modernin yhteiskunnan toiminnan luonne ovat johtaneet siihen, että viitekilogramman pinta sai plakin lisähiukkasten muodossa", sanoo Newcastlen yliopiston tutkimusryhmä. - Maailmanlaajuinen painojärjestelmä on nyt vaarassa luoda siihen kaaosta. Olimme kauhistuneita, kun huomasimme, että elohopeahiukkasia on kertynyt yhden Yhdistyneessä kuningaskunnassa varastoidun 40 viitekilogramman pinnalle”, sanoi projektipäällikkö professori Peter Campson.
Mainosvideo:
Julkaisun saatujen tietojen mukaan nyt keskustellaan kysymyksestä, jolla suoritetaan erityinen "pölynpuhdistus" kaikkien 40 viitekilogramman pinnoille niiden palauttamiseksi yhdeksi painoksi.
Lontoon kuninkaallisen tiedeyhdistyksen konferenssissa 24.-25. Tammikuuta Richard Davis, entisen Kansainvälisen painojen ja mittojen toimiston massaosaston päällikkö (sijaitsee Sèvresin kaupungissa lähellä Pariisia), ehdotti määritelmän pehmentämistä. Ennen "kilogramman massan" uudelleenmääritystä hän ehdotti väliaikaisena toimenpiteenä kiistanalaisten massojen keskiarvoistamista. Joten jos kahden erityyppisen kokeen tulokset massan määrittämisessä eivät ole täysin samaa mieltä, niistä tulisi vain keskiarvoistaa ja tuloksena saatu arvo julistaa uudeksi standardiksi, lainaa Science News -lehden ehdotus.
Tällä suunnitelmalla on kuitenkin monia vastustajia. "Päätös yksinkertaisesti keskiarvoistaa kaksi epäjohdonmukaista tulosta olisi täysin matemaattisesti oikea, mutta tämä ei ole tieteellinen lähestymistapa", sanoi Manchesterin yliopiston fyysikko Michael Hart.
Keskimääräiset puolustajat näkevät sen etenemisenä.”Ihannetapauksessa haluamme saavuttaa täydellisen mittauslähestymisen. Mutta jos se ei auta, sinun on käytettävä matemaattista lähestymistapaa”, sanoi Terry Quinn, entinen kansainvälisen paino- ja mittatoimiston johtaja. Hän korostaa, että kyseiset erot ovat liian pienet, jotta voidaan luoda todellisia ongelmia toimenpiteen käytännön soveltamiseksi.
Tämä ero on pitkällä tähtäimellä vakava ongelma, koska ei voida arvioida, ovatko kopiot yhä raskaampia vai päinvastoin, viite on kevyempi.
Siksi tutkijat ovat jo pitkään suunnitelleet korvaavansa kilogramman "materiaalistandardin" ilmaisemalla sen fysiikan muuttumattomina vakioina, jotka määritetään suurella tarkkuudella ja jotka eivät muutu. Jos tämä onnistuu, kilogramman massa muuttuu yhtä suureksi kuin maailmankaikkeuden lait.
Tutkijat käyttävät kahta lähestymistapaa löytääkseen tarkan lausekkeen kilogrammalle: ensimmäisessä kilogramman massa määritetään sähkö- ja magneettikenttiä käyttäen, ja toisessa he yrittävät ilmaista sen Planckin vakiona, joka on yksi kvantmekaniikan perusmääristä.
Toinen menetelmä käsittää kiteisessä piipallossa olevien atomien lukumäärän suoran uudelleenlaskennan. Tämä tulos sallii kilogramman määrittämisen uudelleen Avogadro-vakiona, joka on molekyylien lukumäärä ainemoolia kohden, ja itse asiassa se liittyy elementin atomimassan makroskooppisen kappaleen massaan.
Viime vuosina mittaukset on suoritettu molemmilla menetelmillä tarkkuudella 30 ppb - tämä on raja platina-iridium-sylinterin massan tarkimmille mittauksille. Kahden tyyppisten kokeiden tulokset eroavat kuitenkin 175 miljardilla osakkeella - tämä on metodologisesti paljon järkevämpää.
Tämä ei salli kilomäärän virallista uudelleenmäärittelyä, koska poikkeaman syyt ovat epäselvät ja niitä ei voida vielä poistaa. Siksi tehtiin ehdotus kahden laskelman keskimääräisestä keskiarvosta ja kilogramman matemaattisesta uudelleenmäärittelystä.
Massastandardin määritteleminen muuttuu ajan myötä yhä akuutimmaksi.”Mitä kauemmin odotamme ja annamme, sitä suurempi massapoikkeama alkuperäisen standardin ja sen jäljennösten välillä on. Silloin emme pysty lainkaan sopimaan siitä, mitä massaa tulisi pitää viitteenä. Tilanne näyttää melkein hullulta”, Quinn myöntää.
Toistaiseksi tutkijat ovat sopineet, että piiatomit ovat ihanteellisia projektille niiden vakauden vuoksi. Vakio-olosuhteissa niitä ei milloinkaan tuhota, ja kaikki vauriot on helppo laskea. "Haluamme määritellä kilogramman uudelleen atomin massan perusteella, haluamme laskea atomit yhdestä kilogrammasta tiettyä kideä", sanoi professori Peter Becker. "Mittaamme pallon tilavuuden ja piiatomin tilavuuden. Kun jaat piipallon atomin tilavuudella, saat atomien määrän - kaikki on hyvin yksinkertaista ". Monien maiden, myös Venäjän, tutkijat osallistuvat standardin valmistukseen. Piipallon valmistukseen käytettiin 2 miljoonaa euroa, ja se luotiin lähes viideksi vuodeksi. Projektipäällikön mukaan fyysikot ovat jo laskeneet, kuinka monta piiatomia pitäisi olla yhdessä kilogrammassa, ja ovat alkaneet "koota"vaikka tämä standardi ei olekaan täysin tarkka, koska toistaiseksi tutkijat eivät voi "koota" standardia sananmukaisessa atomien merkityksessä.
Tuotantoyhdistys "Sähkökemiallinen tehdas" Zelenogorskissa, Krasnojarskin alueella, toimittaa raaka-aineita uuden kansainvälisen standardin luomiseksi kilogrammalle - ihanteellinen pallo, joka on valmistettu yhdestä pii-28-isotoopin kidestä, yrityksen lehdistöpalvelu kertoi Interfaxille.
Standardi valmistetaan ihanteellisen pallon muodossa yhdestä piin-28-isotoopin kidestä.
Kristallia kasvatetaan Saksan kristallikasvun instituutissa monikiteisestä piistä, joka on saatu Nižni Novgorodin erittäin puhtaan aineen kemian instituutissa. Alkuperäinen raaka-aine standardille - piitetrafluoridi - toimitti Zelenogorsk ECP.