Mednarodni prototip (standard) kilograma je shranjen pri Mednarodnem uradu za uteži in mere (ki se nahaja v Sèvresu blizu Pariza) in je valj premera in višine 39,17 mm iz platine-iridijeve zlitine (90% platina, 10% iridij). Prvotno je bil kilogram opredeljen kot masa enega kubičnega decimetra (litra) čiste vode pri 4 ° C in standardnega atmosferskega tlaka na morju.
Zakaj je torej postalo težje?
Profesor Peter Cumpson in dr. Naoko Sano z univerze v Newcastlu sta z edinstveno tehnologijo Theta-sensing analizirala površino standarda in ugotovila, da je mednarodni prototip (standard) Kilogram količinsko določil onesnaženje z ogljikovodiki na njegovi površini. Njihove raziskave kažejo, da je mednarodni prototip (standard) kilograma pridobil maso desetine mikrogramov, odkar je bil standard uveden leta 1875. A ker gre za kilogram, ki mu morajo ustrezati vsi kilogrami na svetu, bodo v teoretičnem smislu vsaj vsi kilogrami tudi tehnično težji.
Čeprav se lahko povečanje referenčne kilograme za desetine mikrogramov zdi nepomembno, Peter Cumpson trdi, da je kakršno koli neskladje med mednarodnim prototipom (kilogramom) za kilogram in njegovimi replikati lahko problematično. "Obstajajo primeri mednarodne trgovine z materiali visoke vrednosti - kjer je treba upoštevati vsak zadnji mikrogram." Akumulirane ogljikovodike lahko odstranite z izpostavljenostjo mešanici ultravijoličnih žarkov in ozona.
Razmere je zapleteno zaradi dejstva, da je na svetu 39 najbolj natančnih kopij referenčnega kilograma, ki so jih nekoč poslali v različne države sveta, da bi ohranili enoten sistem ukrepov in uteži. Zdaj se po mnenju številnih znanstvenikov zaradi podnebnih in drugih razmer, ki obstajajo v različnih delih planeta, začenjajo vse bolj razlikovati med seboj po teži.
"Industrializacija, ki se je odvijala v svetu, in narava delovanja sodobne družbe sta privedla do tega, da je površina referenčnega kilograma pridobila ploščico v obliki dodatnih delcev," pravi raziskovalna skupina z univerze v Newcastlu. - Sistem svetovne teže je zdaj pod grožnjo, da bo v njem ustvaril kaos. Zgroženi smo bili, ko smo videli, da se na površini enega od 40 referenčnih kilogramov, shranjenih v Veliki Britaniji, naberejo delci živega srebra, "je povedal vodja projekta profesor Peter Campson.
Promocijski video:
Glede na informacije, ki jih je objava prejela, se zdaj razpravlja o vprašanju, kako izvesti posebno "čiščenje prahu" površin vseh 40 referenčnih kilogramov, da bi jih vrnili v enotno težo.
Na konferenci Kraljevega združenja znanosti v Londonu 24. in 25. januarja je Richard Davis, nekdanji vodja množičnega oddelka Mednarodnega urada za uteži in meritve (ki se nahaja v mestu Sèvres v bližini Pariza), predlagal, da bi definicijo omilili. Kot začasni ukrep pred ponovnim definiranjem "kilogramske mase" je predlagal povprečenje spornih množic. Če se torej rezultati dveh poskusov različnih vrst pri določanju mase ne povsem ujemajo, bi jih morali preprosto povprečiti, dobljeno vrednost pa razglasiti za nov standard, citira predlog znanstvenika Nature News.
Vendar ima ta načrt veliko nasprotnikov. "Odločitev za preprosto povprečje dveh neskladnih rezultatov bi bila popolnoma matematično pravilna, vendar to ni znanstveni pristop," je dejal Michael Hart, fizik z univerze v Manchestru.
Zagovorniki povprečenja vidijo kot pot naprej. „V idealnem primeru želimo doseči popolno zbliževanje meritev. Če pa to ne bo uspelo, morate uporabiti matematični pristop, je dejal Terry Quinn, nekdanji direktor Mednarodnega urada za uteži in ukrepe. Poudarja, da so zadevne razlike premajhne, da bi ustvarile resnične težave za praktično uporabo ukrepa.
Ta razlika je dolgoročno resen problem, saj ni mogoče presoditi, ali so kopije vse težje ali pa je, nasprotno, referenca lažja.
Zato znanstveniki že dolgo načrtujejo nadomestitev "materialnega" standarda kilograma in ga izražajo v obliki neprekinjenih fizikalnih konstant, ki so določene z visoko natančnostjo in se ne spreminjajo. Če to uspe, bo masa kilograma postala nespremenjena kot zakoni vesolja.
Znanstveniki uporabljajo dva pristopa, da bi našli natančen izraz za kilogram: v prvem se masa kilograma določi s pomočjo električnega in magnetnega polja, v drugem pa ga skušajo izraziti s pomočjo Planckove konstante, ene od osnovnih količin kvantne mehanike.
Druga metoda vključuje neposreden preračun števila atomov v kristalni silicijevi sferi. Ta rezultat omogoča, da se kilogram na novo opredeli glede na konstanto Avogadro, kar je število molekul na mol snovi in dejansko nanaša atomsko maso elementa na maso makroskopskega telesa.
V zadnjih letih meritve z obema metodama izvajamo z natančnostjo 30 ppb - to je meja najbolj natančnih meritev mase jeklenke platina-iridij. Vendar se rezultati obeh vrst eksperimentov razlikujejo za 175 milijard deležev - z metodološkega vidika je to veliko bolj smiselno.
To ne omogoča uradne ponovne določitve mere kilograma, saj so razlogi za odstopanje nejasni in jih še ni mogoče odpraviti. Zato je bil podan predlog o osnovnem povprečju dveh izračunov in takšni matematični redefiniciji kilograma.
Naloga ponovnega definiranja mase mase s časom postaja vse bolj akutna. Dlje kot čakamo in podelimo, večji je premik mase med prvotnim standardom in njegovimi replikami. Potem se sploh ne bomo mogli dogovoriti o tem, kakšno maso je treba šteti za referenco. Razmere so skoraj nore, «prizna Quinn.
Doslej so se znanstveniki strinjali, da so atomi silicija zaradi svoje stabilnosti idealni za projekt. V standardnih pogojih se skoraj nikoli ne uničijo, vsa škoda pa se enostavno izračuna. "Želimo na novo določiti kilogram na podlagi mase atoma, želimo šteti atome v enem kilogramu določenega kristala," je dejal profesor Peter Becker: "Izmerimo prostor krogle in prostornino silicijevega atoma, in ko silikonsko kroglo delite z volumnom atoma, dobite število atomov - vse je zelo preprosto ". Pri izdelavi standarda sodelujejo znanstveniki iz mnogih držav, vključno z Rusijo. Za izdelavo silikonske krogle so porabili 2 milijona evrov, ustvarjali pa so jo skoraj 5 let. Po navedbah vodje projekta so fiziki že izračunali, koliko atomov silicija mora biti v enem kilogramu, in začeli "sestavljati"čeprav ta standard ne bo popolnoma natančen, saj znanstveniki doslej ne morejo "sestaviti" standarda v dobesednem pomenu atomov.
Proizvodno združenje "Electrochemical Plant" v Zelenogorsku, Krasnoyarsk Territory, bo dobavilo surovine za ustvarjanje novega mednarodnega standarda za kilogram - idealno kroglico, izdelano iz enega samega kristala izotopa silicija-28, so za Interfax povedali tiskovni službi podjetja.
Standard bo izdelan v obliki idealne kroglice iz enega samega kristala izotopa silicija-28.
Kristal bodo gojili na Inštitutu za rast kristalov Nemčija iz polikristalnega silicija, pridobljenega na Inštitutu za kemijo visokočistilnih snovi v Nižnjem Novgorodu. Začetno surovino za standard - silicijev tetrafluorid - je dobavila Zelenogorsk ECP.