Het internationale prototype (standaard) van de kilogram wordt bewaard bij het International Bureau of Weights and Measures (gevestigd in Sèvres nabij Parijs) en is een cilinder met een diameter en hoogte van 39,17 mm gemaakt van een platina-iridiumlegering (90% platina, 10% iridium). Oorspronkelijk werd een kilogram gedefinieerd als de massa van één kubieke decimeter (liter) zuiver water bij 4 ° C en standaard atmosferische druk op zeeniveau.
Dus waarom werd het zwaarder?
Met behulp van de unieke Theta-sensing-technologie analyseerden prof. Peter Cumpson en Dr. Naoko Sano van de Universiteit van Newcastle het oppervlak van de standaard en stelden vast dat het International Prototype (Standard) Kilogram koolwaterstofverontreiniging op het oppervlak ervan kwantificeerde. Hun onderzoek toont aan dat het International Prototype (Standard) of the Kilogram waarschijnlijk tientallen microgrammen in massa heeft gewonnen sinds de standaard in 1875 werd geïntroduceerd. Maar aangezien dit een kilogram is waar alle kilo's in de wereld mee moeten corresponderen, zullen in theoretische zin tenminste alle kilo's technisch ook zwaarder zijn.
Hoewel een toename van de kilogramreferentie met tientallen microgrammen misschien onbeduidend lijkt, stelt Peter Cumpson dat elke discrepantie tussen het internationale prototype (referentie) voor de kilogram en zijn replicanten problematisch kan zijn. "Er zijn gevallen van internationale handel met hoogwaardige materialen - waarbij rekening moet worden gehouden met elke laatste microgram." Opgehoopte koolwaterstoffen kunnen worden verwijderd door blootstelling aan een mengsel van ultraviolette straling en ozon.
De situatie wordt bemoeilijkt door het feit dat er in de wereld 39 nauwkeurigste exemplaren van de referentiekilogram in Parijs zijn opgeslagen, die ooit naar verschillende landen van de wereld zijn gestuurd om een uniform systeem van maten en gewichten te handhaven. Nu, volgens een aantal wetenschappers, beginnen ze steeds meer van elkaar te verschillen in gewicht vanwege klimatologische en andere omstandigheden die in verschillende delen van de planeet voorkomen.
"De industrialisatie die in de wereld heeft plaatsgevonden en de aard van het functioneren van de moderne samenleving hebben ertoe geleid dat het oppervlak van de referentiekilogram een plaque kreeg in de vorm van extra deeltjes", zegt een onderzoeksteam van de Universiteit van Newcastle. - Het wereldstandaardgewichtsysteem dreigt er nu chaos in te creëren. We waren geschokt toen we zagen dat zich kwikdeeltjes hadden opgehoopt op het oppervlak van een van de 40 referentiekilo's die in het VK zijn opgeslagen,”zei projectmanager professor Peter Campson.
Promotie video:
Volgens de informatie die door de publicatie is ontvangen, wordt nu de vraag besproken hoe de oppervlakken van alle 40 referentiekilogrammen speciaal "van stof worden verwijderd" om ze terug te brengen tot een enkel gewicht.
Op een conferentie van de Royal Scientific Society in Londen op 24-25 januari stelde Richard Davis, voormalig hoofd van de massadivisie van het International Bureau of Weights and Measures (gevestigd in Sèvres, nabij Parijs), voor om de definitie te verzachten. Als tijdelijke maatregel alvorens "kilogrammassa" opnieuw te definiëren, stelde hij voor om de betwiste massa's te middelen. Dus als de resultaten van twee experimenten van verschillende typen bij het bepalen van de massa niet helemaal overeenkomen, moeten ze eenvoudig worden gemiddeld en moet de resulterende waarde tot een nieuwe standaard worden verklaard, citeert een voorstel van de wetenschapper Nature News.
Dit plan kent echter veel tegenstanders. "De beslissing om simpelweg twee inconsistente resultaten gemiddeld te nemen, zou wiskundig volkomen correct zijn, maar dit is geen wetenschappelijke benadering", zegt Michael Hart, een natuurkundige aan de Universiteit van Manchester.
Voorstanders van gemiddelden zien het als een weg vooruit. “Idealiter willen we een perfecte meetconvergentie bereiken. Maar als dat niet werkt, moet je een wiskundige benadering gebruiken”, zegt Terry Quinn, voormalig directeur van het International Bureau of Weights and Measures. Hij benadrukt dat de verschillen in kwestie te klein zijn om echte problemen te creëren voor de praktische toepassing van de maatregel.
Dit verschil is op de lange termijn een serieus probleem, omdat niet kan worden beoordeeld of de kopieën zwaarder worden of juist de referentie lichter.
Daarom zijn wetenschappers al lang van plan om de "materiële" standaard van de kilogram te vervangen door deze uit te drukken in termen van onveranderlijke natuurkundige constanten, die met hoge nauwkeurigheid worden bepaald en niet veranderen. Als dit lukt, zal de massa van de kilogram even onveranderd blijven als de wetten van het universum.
Wetenschappers gebruiken twee benaderingen om de exacte uitdrukking voor de kilogram te vinden: in de eerste wordt de massa van de kilogram bepaald met behulp van elektrische en magnetische velden, en in de tweede proberen ze het uit te drukken in termen van de constante van Planck, een van de basishoeveelheden van de kwantummechanica.
De tweede methode omvat directe herberekening van het aantal atomen in een kristallijne siliciumbol. Met dit resultaat kan de kilogram opnieuw worden gedefinieerd in termen van de constante van Avogadro, het aantal moleculen per mol materie en, in feite, de atoommassa van een element relateert aan de massa van een macroscopisch lichaam.
De afgelopen jaren zijn metingen met beide methoden uitgevoerd met een nauwkeurigheid van 30 ppb - dit is de limiet van de meest nauwkeurige metingen van de massa van een platina-iridiumcilinder. De resultaten van de twee soorten experimenten lopen echter 175 miljard aandelen uiteen - dit is veel redelijker vanuit methodologisch oogpunt.
Dit maakt het niet mogelijk om de maat van de kilogram officieel opnieuw te definiëren, aangezien de redenen voor de discrepantie onduidelijk zijn en nog niet kunnen worden weggenomen. Daarom is er een voorstel gedaan over de elementaire middeling van twee berekeningen en een dergelijke wiskundige herdefinitie van de kilogram.
De taak om de standaard van massa opnieuw te definiëren wordt in de loop van de tijd steeds acuter. “Hoe langer we wachten en overleggen, hoe groter de massadrift tussen de originele standaard en zijn replica's. Dan kunnen we het helemaal niet eens worden over welke massa als referentie moet worden beschouwd. De situatie ziet er bijna gek uit”, geeft Quinn toe.
Tot nu toe zijn wetenschappers het erover eens dat siliciumatomen ideaal zijn voor het project vanwege hun stabiliteit. Onder standaardomstandigheden worden ze bijna nooit vernietigd en is alle schade eenvoudig te berekenen. "We willen een kilogram opnieuw definiëren op basis van de massa van een atoom, we willen de atomen tellen in een kilogram van een bepaald kristal", zei professor Peter Becker. "We meten het volume van een bol en het volume van een siliciumatoom, en als je de siliciumbol deelt door het volume van een atoom, krijg je het aantal atomen - alles is heel eenvoudig ". Wetenschappers uit vele landen, waaronder Rusland, nemen deel aan de vervaardiging van de standaard. Er werd 2 miljoen euro uitgegeven aan de vervaardiging van een siliciumbol, en deze werd bijna 5 jaar lang gemaakt. Volgens de projectmanager hebben de natuurkundigen al berekend hoeveel siliciumatomen er in één kg zouden moeten zitten en zijn ze begonnen met 'assembleren'hoewel deze standaard niet perfect nauwkeurig zal zijn, omdat wetenschappers tot dusverre geen standaard kunnen 'samenstellen' in de letterlijke zin van de atomen.
De productievereniging "Electrochemical Plant" in Zelenogorsk van het Krasnoyarsk Territory zal grondstoffen leveren om een nieuwe internationale standaard voor de kilogram te creëren - een ideale bal gemaakt van een enkel kristal van silicium-28 isotoop, vertelde de persdienst van de onderneming aan Interfax.
De standaard zal worden gemaakt in de vorm van een ideale bol van een enkel kristal van silicium-28 isotoop.
Het kristal zal worden gekweekt in het Institute of Crystal Growth Germany uit polykristallijn silicium dat is verkregen aan het Institute of Chemistry of High-Purity Substances in Nizhny Novgorod. De eerste grondstof voor de standaard - siliciumtetrafluoride - werd geleverd door Zelenogorsk ECP.
