A kilogramm nemzetközi (standard) prototípusát a Párizs közelében Sèvresben található Nemzetközi Súly- és Mérnöki Iroda tárolja, és egy 39,17 mm átmérőjű és magasságú henger, amelyet platina-iridium ötvözetből (90% platina, 10% irídium) készítenek. Eredetileg egy kilogrammot egy köbméter deciméter (liter) tiszta víz tömegének 4 ° C-on és a normál légköri nyomás tengerszintnél határoztak meg.
Akkor miért nehezebb lett?
Az egyedülálló Theta érzékelő technológiát felhasználva, prof. Peter Cumpson és Dr. Naoko Sano (Newcastle University) elemezte a standard felületét és megállapította, hogy a Nemzetközi Prototípus (Standard) kilogramm mennyiségileg megnöveli a szénhidrogénszennyeződést a felületén. Kutatásaik azt mutatják, hogy a kilogramm nemzetközi prototípusa (szabványa) valószínűleg több tíz mikrogramm tömegű volt a standard 1875-es bevezetése óta. De mivel ez egy kilogramm, amelynek a világ minden kilogrammának meg kell felelnie, elméleti értelemben legalább minden kilogramm is technikailag nehezebb lesz.
Noha a kilogramm-referencia tíz mikrogrammval történő növekedése jelentéktelennek tűnik, Peter Cumpson azt állítja, hogy bármilyen eltérés a kilogrammra vonatkozó nemzetközi prototípus (referencia) és replikánsai között problémát okozhat. "Vannak esetek a nemzetközi kereskedelemben a nagy értékű anyagokkal - ahol minden utolsó mikrogrammat figyelembe kell venni." A felhalmozódott szénhidrogének eltávolíthatók ultraibolya sugarak és ózon keverékének kitettségével.
A helyzetet bonyolítja az a tény, hogy a világban Párizsban tárolják a referencia-kilogramm 39 legpontosabb példányát, amelyeket egyszerre a világ különböző országaiba küldtek, hogy egységes mérési és súlyrendszert tartsanak fenn. Most, több tudós szerint, a bolygó különféle részein kialakult éghajlati és egyéb körülmények miatt egyre inkább különböznek egymástól súlyukban.
"A világon zajló iparosodás és a modern társadalom működésének természete ahhoz vezetett, hogy a referencia-kilogramm felülete további részecskék formájában kapott plakkot" - mondja a Newcastle-i Egyetem kutatócsoportja. - A világméretű súlyrendszert most káosz teremtése fenyegeti. Rémültünk voltunk, amikor láttuk, hogy a higanyrészecskék felhalmozódtak az Egyesült Királyságban tárolt 40 referencia-kilogramm egyikének felületére”- mondta Peter Campson, a projektvezető professzor.
Promóciós videó:
A kiadványhoz beérkezett információk szerint most megvitatják a kérdést, hogy miként végezzenek mind a 40 referencia-kilogramm felület speciális "portisztítását" annak érdekében, hogy visszatérjenek egy tömeghez.
A londoni Royal Society of Science konferencián, január 24-25-én Richard Davis, a Nemzetközi Súly- és Mérési Iroda tömeges osztályának (Párizs közelében Sèvres városában található) korábbi vezetője javasolta a meghatározás lágyítását. Ideiglenes intézkedésként a „kilogramm tömeg” újradefiniálása előtt javasolta a vitatott tömegek átlagolását. Tehát, ha a tömeg meghatározására szolgáló különféle típusú két kísérlet eredményei nem teljesen megegyeznek, akkor egyszerűen átlagolni kell, és az így kapott értéket új szabványnak kell nyilvánítani, idézi a Nature News tudósának javaslatát.
Ennek a tervnek azonban sok ellenfele van. "A két inkonzisztens eredmény egyszerű átlagolására vonatkozó döntés matematikailag helyes lenne, de ez nem tudományos megközelítés" - mondta Michael Hart, a manchesteri egyetem fizikusa.
Az átlagértõ támogatók ezt a továbblépést tekintik. „Ideális esetben tökéletes mérési konvergenciát akarunk elérni. De ha ez nem működik, akkor matematikai megközelítést kell alkalmaznia”- mondta Terry Quinn, a Nemzetközi Súly- és Mérési Iroda korábbi igazgatója. Hangsúlyozza, hogy a szóban forgó különbségek túl kicsik ahhoz, hogy valódi problémákat okozzanak az intézkedés gyakorlati alkalmazásához.
Ez a különbség hosszú távon súlyos probléma, mivel nem lehet megítélni, hogy a másolatok nehezebbé válnak-e, vagy fordítva: a referencia könnyebb.
Ezért a tudósok már régóta tervezik a kilogramm "anyag" normájának cseréjét, kifejezve azt a fizika állandó változatlan állandóival, amelyeket nagy pontossággal határoznak meg és nem változnak. Ha ez sikerrel jár, a kilogramm tömege ugyanolyan változatlan lesz, mint az univerzum törvényei.
A tudósok két megközelítést alkalmaznak a kilogramm pontos kifejezésének megtalálására: az elsőben a kilogramm tömegét elektromos és mágneses mezők segítségével határozzák meg, a másodikban pedig megpróbálják kifejezni azt Planck állandóval, a kvantummechanika egyik alapmennyiségével.
A második módszer magában foglalja a kristályos szilíciumgömb atomszámának közvetlen újraszámítását. Ez az eredmény lehetővé teszi a kilogramm újradefiniálását az Avogadro állandó alapján, azaz a molekulák számát az anyag móljára vonatkoztatva, és valójában az elem atomtömegét a makroszkopikus test tömegéhez viszonyítva.
Az utóbbi években mindkét módszerrel elvégezték a méréseket 30 ppb pontossággal - ez a platina-iridium henger tömegének legpontosabb mérésének határa. A két típusú kísérlet eredményei azonban 175 milliárd részesedéssel eltérnek egymástól - ez módszertani szempontból sokkal ésszerűbb.
Ez nem teszi lehetővé a kilogramm mértékének hivatalos újradefiniálását, mivel az eltérés okai nem egyértelműek, és ezeket még nem lehet kiküszöbölni. Ezért tett javaslatot két számítás elemi átlagolására és a kilogramm ilyen matematikai újradefiniálására.
A tömeg színvonalának újradefiniálása az idő múlásával egyre sürgetőbb feladat. „Minél hosszabb ideig várunk és adunk át, annál nagyobb az eltérés az eredeti szabvány és annak másolatai között. Akkor egyáltalán nem tudunk megállapodni abban, hogy a tömeget referenciaként kell kezelni. A helyzet szinte őrültnek tűnik”- ismeri el Quinn.
Eddig a tudósok egyetértettek abban, hogy a szilícium-atomok stabilitásuk miatt ideálisak a projekthez. Normál körülmények között szinte soha nem pusztulnak el, és minden kár könnyen kiszámítható. "Szeretnénk újradefiniálni egy kilogrammot az atom tömege alapján, meg akarjuk számolni az atomokat egy adott kristály egy kilogrammjában" - mondta Peter Becker professzor. "Megmérjük a gömb és a szilícium atom térfogatát, és amikor a szilícium gömböt osztjuk egy atom térfogatával, akkor az atomok számát kapjuk - minden nagyon egyszerű ". Számos ország, köztük Oroszország tudósai vesznek részt a szabvány előállításában. 2 millió eurót költöttek egy szilíciumgömb gyártására, és ezt majdnem öt évre hozták létre. A projektmenedzser szerint a fizikusok már kiszámították, hogy hány szilíciumatomnak kell lennie egy kg-ban, és elkezdtek "összeszerelni"bár ez a szabvány nem lesz tökéletesen pontos, mert eddig a tudósok nem képesek "összeállítani" egy szabványt az atomok szó szerinti értelmében.
A Krasnoyarski terület Zelenogorskban, az "Elektrokémiai üzem" gyártó szövetsége nyersanyagokat szállít a kilogrammra vonatkozó új nemzetközi szabvány kidolgozásához - ideális golyót, amely szilícium-28 izotóp egyetlen kristályából készül - mondta a vállalkozás sajtószolgálata az Interfax-nak.
A szabványt ideális gömb formájában készítik el, egy szilikon-28 izotóp egykristályából.
A kristályt a Nizhny Novgorodban, a nagytisztaságú anyagok kémiai intézetében nyert polikristályos szilíciumból, a Crystal Growth Germany intézetben termesztik. A standard alapanyagát - a szilícium-tetrafluoridot - a Zelenogorsk ECP szállította.