Международният прототип (стандарт) на килограмите се съхранява в Международното бюро за тежести и мерки (намиращо се в Севр близо до Париж) и представлява цилиндър с диаметър и височина 39,17 мм, изработен от платина-иридиева сплав (90% платина, 10% иридий). Първоначално килограм се определя като масата на един кубичен дециметър (литър) чиста вода при 4 ° C и стандартно атмосферно налягане на морско равнище.
Така че защо стана по-тежко?
Използвайки уникалната Theta-sensing технология, проф. Питър Кумпсън и д-р Наоко Сано от Университета в Нюкасъл анализираха повърхността на стандарта и определиха, че Международният прототип (стандарт) Килограм количествено е определил замърсяването на въглеводородите върху неговата повърхност. Техните изследвания показват, че Международният прототип (стандарт) на килограм вероятно е натрупал масово десетки микрограми след въвеждането на стандарта през 1875 г. Но тъй като това е килограм, на който трябва да отговарят всички килограми в света, в теоретичен смисъл поне всички килограми също ще бъдат технически по-тежки.
Докато увеличението на референтните килограми с десетки микрограми може да изглежда незначително, Питър Къмпсън твърди, че всяко несъответствие между Международния прототип (Справочник) за килограма и неговите репликанти може да бъде проблематично. "Има случаи на международна търговия с висококачествени материали - където всеки последен микрограм трябва да се отчита." Натрупаните въглеводороди могат да бъдат отстранени чрез излагане на смес от ултравиолетови лъчи и озон.
Ситуацията се усложнява от факта, че в света има 39 най-точни копия на референтния килограм, съхранявани в Париж, които по едно време бяха изпратени в различни страни по света, за да поддържат единна система от мерки и тегла. Сега, според редица учени, те започват да се различават все повече един от друг по тегло поради климатичните и други условия, които съществуват в различни части на планетата.
„Индустриализацията, която се проведе в света и естеството на функционирането на съвременното общество, доведоха до факта, че повърхността на референтния килограм придоби плака под формата на допълнителни частици“, казва изследователски екип от Университета в Нюкасъл. - Системата за световна тежест сега е под заплахата да създаде хаос в нея. Бяхме ужасени, когато видяхме, че живачни частици са се натрупали на повърхността на един от 40-те референтни килограма, съхранявани във Великобритания “, казва ръководителят на проекта професор Питър Кампсън.
Промоционално видео:
Според информацията, получена от изданието, сега се обсъжда въпросът как да се извърши специално „почистване от прах“на повърхностите на всичките 40 референтни килограма, за да се върнат на едно тегло
На конференция на Кралското общество на науката в Лондон на 24-25 януари, Ричард Дейвис, бивш ръководител на масовото отделение на Международното бюро за тежести и мерки (намиращо се в град Север близо до Париж), предложи да се смекчи определението. Като временна мярка преди предефинирането на „килограмова маса“той предложи усредняване на оспорваните маси. Така че, ако резултатите от два експеримента от различен тип при определяне на масата не са напълно съгласни, те просто трябва да бъдат осреднени и получената стойност трябва да бъде обявена за нов стандарт, цитира предложение на учения Nature News.
Този план обаче има много противници. „Решението просто да се оценят средно два непоследователни резултата би било напълно математически правилно, но това не е научен подход“, казва Майкъл Харт, физик от Манчестърския университет.
Защитниците на средностатистическите възгледи разглеждат това като път напред. „В идеалния случай искаме да постигнем перфектно измерване на конвергенцията. Но ако това не помогне, трябва да използвате математически подход , казва Тери Куин, бивш директор на Международното бюро за тежести и мерки. Той подчертава, че въпросните разлики са твърде малки, за да създадат реални проблеми за практическото прилагане на мярката.
Тази разлика е сериозен проблем в дългосрочен план, тъй като не може да се прецени дали копията стават по-тежки или, обратно, препратката е по-лека.
Затова учените отдавна планират да заменят "материалния" стандарт на килограмите, изразявайки го по отношение на неизменните константи на физиката, които се определят с висока точност и не се променят. Ако това успее, масата на килограмите ще стане непроменена, както законите на Вселената.
Учените използват два подхода, за да намерят точния израз на килограмите: в първия се определя масата на килограмите с помощта на електрически и магнитни полета, а във втория се опитват да го изразят по отношение на константата на Планк, едно от основните количества на квантовата механика.
Вторият метод включва директно преизчисляване на броя на атомите в кристална силициева сфера. Този резултат позволява килограмите да бъдат предефинирани по отношение на константата Avogadro, което е броят на молекулите на мол материя и всъщност свързва атомната маса на даден елемент с масата на макроскопско тяло.
През последните години измерванията и по двата метода се извършват с точност от 30 ppb - това е границата на най-точните измервания на масата на цилиндър платина-иридий. Резултатите от двата вида експерименти обаче се разминават със 175 милиарда дяла - това е много по-разумно от методологична гледна точка.
Това не позволява официално да се предефинира мярката за килограма, тъй като причините за несъответствието са неясни и все още не могат да бъдат отстранени. Ето защо беше направено предложение за елементарното осредняване на две изчисления и такова математическо предефиниране на килограмите.
Задачата за предефиниране на стандарта на масата става все по-остра с времето. „Колкото по-дълго чакаме и предоставяме, толкова по-голям е масовият дрейф между оригиналния стандарт и неговите копия. Тогава изобщо няма да можем да се споразумеем за това коя маса трябва да се счита за еталон. Ситуацията изглежда почти луда”, признава Куин.
Досега учените са се съгласили, че силиконовите атоми са идеални за проекта поради тяхната стабилност. При стандартни условия те почти никога не се унищожават и всички щети се изчисляват лесно. „Искаме да предефинираме килограм въз основа на масата на атом, искаме да преброим атомите в един килограм от определен кристал“, казва проф. Питър Бекер „Ние измерваме обема на една сфера и обема на силициевия атом, и когато разделите силициевата сфера на обема на атом, получавате броя на атомите - всичко е много просто ". Учени от много страни, включително Русия, участват в производството на стандарта. За производството на силиконова сфера са изразходвани 2 милиона евро и той се създава почти 5 години. Според ръководителя на проекта, физиците вече са изчислили колко силициеви атоми трябва да бъдат в един кг и са започнали да се "сглобяват"въпреки че този стандарт няма да бъде напълно точен, тъй като засега учените не могат да „сглобят“стандарт в буквалния смисъл на атомите.
Производствената асоциация "Електрохимичен завод" в Зеленогорск на Красноярския край ще доставя суровини за създаване на нов международен стандарт за килограма - идеална топка, изработена от монокристал от изотоп силиций-28, съобщиха от Интерфакс от пресслужбата на предприятието.
Стандартът ще бъде направен под формата на идеална топка от един кристал от изотоп силиций-28.
Кристалът ще бъде отгледан в Института за растеж на кристали Германия от поликристален силиций, получен в Института по химия на високочистите вещества в Нижни Новгород. Първоначалната суровина за стандарта - силициев тетрафлуорид - беше доставена от Zelenogorsk ECP.