Kilograma starptautiskais prototips (standarts) tiek glabāts Starptautiskajā svaru un mēru birojā (atrodas Sèvres netālu no Parīzes), un tas ir cilindrs, kura diametrs un augstums ir 39,17 mm, un kas izgatavots no platīna-irīdija sakausējuma (90% platīna, 10% iridija). Sākotnēji kilograms tika definēts kā tīra ūdens viena kubikdeimetra (litrā) masa 4 ° C temperatūrā un standarta atmosfēras spiediens jūras līmenī.
Tad kāpēc tas kļuva smagāks?
Izmantojot unikālo Teta sensora tehnoloģiju, prof. Pīters Kampsons un doktors Naoko Sano no Ņūkāslas universitātes analizēja standarta virsmu un noteica, ka Starptautiskais prototipa (standarta) kilograms kvantitatīvi nosaka ogļūdeņražu piesārņojumu uz tā virsmas. Viņu pētījumi rāda, ka Starptautiskais kilograma prototips (standarts), iespējams, ir ieguvis desmitiem mikrogramu masas kopš standarta ieviešanas 1875. gadā. Bet, tā kā tas ir kilograms, kuram jāatbilst visiem pasaules kilogramiem, teorētiskā nozīmē vismaz visi kilogrami būs arī tehniski smagāki.
Lai gan atsauces uz kilogramu pieaugums par desmitiem mikrogramu var šķist nenozīmīgs, Pīters Kumpsons apgalvo, ka jebkura neatbilstība starp Starptautiskā kilograma prototipu (atsauce) un tā replikātiem var būt problemātiska. “Ir gadījumi, kad notiek starptautiska tirdzniecība ar augstvērtīgiem materiāliem - kur jāņem vērā visi pēdējie mikrogrami. Uzkrātos ogļūdeņražus var noņemt, pakļaujot ultravioleto staru un ozona maisījumam.
Situāciju sarežģī fakts, ka pasaulē Parīzē ir 39 precīzākie atsauces kilogramu eksemplāri, kas vienā reizē tika nosūtīti uz dažādām pasaules valstīm, lai uzturētu vienotu mēru un svaru sistēmu. Tagad, pēc vairāku zinātnieku domām, tie sāk arvien vairāk un vairāk atšķirties viens no otra svara dēļ klimatiskajiem un citiem apstākļiem, kas pastāv dažādās planētas daļās.
"Pasaulē notikusī industrializācija un mūsdienu sabiedrības funkcionēšanas raksturs ir novedis pie tā, ka atskaites kilograma virsma ieguva plāksni papildu daļiņu veidā," saka Ņūkāslas universitātes pētījumu komanda. - Pasaules standarta svara sistēmai tagad draud radīt haosu. Mēs bijām šausmās, kad redzējām, ka dzīvsudraba daļiņas ir uzkrājušās uz viena no 40 Apvienotajā Karalistē glabātajiem atsauces kilogramiem,”sacīja projekta vadītājs profesors Pīters Kempsons.
Reklāmas video:
Saskaņā ar publikācijā saņemto informāciju tagad tiek apspriests jautājums par to, kā veikt īpašu "putekļu tīrīšanu" visu 40 atsauces kilogramu virsmām, lai tās atgrieztos vienā svarā.
Londonas Karaliskās zinātnes biedrības konferencē 24. – 25. Janvārī Ričards Deiviss, bijušais Starptautiskā svaru un mēru biroja masu nodaļas vadītājs (atrodas Sèvres pilsētā netālu no Parīzes), ierosināja mīkstināt definīciju. Kā pagaidu pasākumu pirms "kilogramu masas" atkārtotas noteikšanas viņš ierosināja vidējo aprēķināt strīdīgās masas. Tātad, ja divu dažāda veida eksperimentu rezultāti, nosakot masu, nav pilnīgi vienisprātis, tad tie vienkārši jāaprēķina ar vidējo vērtību un iegūtā vērtība jāpaziņo par jaunu standartu, citēts zinātnieka Nature News priekšlikums.
Tomēr šim plānam ir daudz pretinieku. "Matemātiski pareizi būtu izlemt vienkārši aprēķināt divus nekonsekventus rezultātus, taču tā nav zinātniska pieeja," sacīja Mančestras universitātes fiziķis Maikls Hārts.
Vidēji aizstāvji to redz kā virzību uz priekšu. “Ideālā gadījumā mēs vēlamies sasniegt perfektu mērījumu konverģenci. Bet, ja tas nedarbojas, jums jāizmanto matemātiska pieeja,”sacīja Terijs Kvins, bijušais Starptautiskā svaru un mēru biroja direktors. Viņš uzsver, ka attiecīgās atšķirības ir pārāk mazas, lai radītu reālas problēmas pasākuma praktiskai piemērošanai.
Šī atšķirība ilgtermiņā ir nopietna problēma, jo nevar spriest, vai kopijas kļūst smagākas vai, tieši otrādi, atsauce ir vieglāka.
Tāpēc zinātnieki jau sen plāno nomainīt kilograma "materiālo" standartu, to izsakot ar nemainīgām fizikas konstantēm, kuras tiek noteiktas ar augstu precizitāti un nemainās. Ja tas izdodas, kilograma masa kļūst tikpat nemainīga kā Visuma likumi.
Zinātnieki izmanto divas pieejas, lai atrastu precīzu kilograma izteiksmi: pirmajā kilograma masu nosaka, izmantojot elektriskos un magnētiskos laukus, un otrajā viņi mēģina to izteikt Planka konstantes izteiksmē, kas ir viens no kvantu mehānikas pamatlielumiem.
Otra metode ietver tiešu atomu skaita pārrēķinu kristāliskajā silīcija sfērā. Šis rezultāts ļauj no jauna noteikt kilogramu, ņemot vērā Avogadro konstanti, kas ir molekulu skaits uz vielas mola un faktiski saista elementa atomu masu ar makroskopiskā ķermeņa masu.
Pēdējos gados mērījumi ar abām metodēm tika veikti ar precizitāti 30 ppb - tā ir platīna-iridija cilindra masas visprecīzāko mērījumu robeža. Tomēr divu veidu eksperimentu rezultāti atšķiras par 175 miljardiem akciju - tas ir daudz saprātīgāk no metodoloģiskā viedokļa.
Tas neļauj oficiāli no jauna noteikt kilograma lielumu, jo neatbilstības iemesli nav skaidri un tos vēl nevar novērst. Tāpēc tika iesniegts priekšlikums par divu aprēķinu vidējo vidējo vērtību un šādu matemātisko kilograma atkārtotu noteikšanu.
Laika gaitā masas standarta pārdefinēšana kļūst arvien aktuālāka. “Jo ilgāk gaidīsim un norunāsim, jo lielāks būs masas novirzīšanās starp sākotnējo standartu un tā kopijām. Tad mēs vispār nevarēsim vienoties par to, kāda masa jāuzskata par atskaites punktu. Situācija izskatās gandrīz traka,”atzīst Kvina.
Līdz šim zinātnieki ir vienojušies, ka silīcija atomi ir ideāli piemēroti projektam to stabilitātes dēļ. Standarta apstākļos tos gandrīz nekad neiznīcina, un visus zaudējumus ir viegli aprēķināt. "Mēs vēlamies no jauna definēt kilogramu, pamatojoties uz atoma masu, mēs vēlamies saskaitīt atomus vienā noteikta kristāla kilogramā," sacīja profesors Pīters Bekers. "Mēs izmērām sfēras tilpumu un silīcija atoma tilpumu, un, sadalot silīcija sfēru ar atoma tilpumu, jūs iegūstat atomu skaitu - viss ir ļoti vienkārši ". Standarta izgatavošanā piedalās zinātnieki no daudzām valstīm, ieskaitot Krieviju. Silīcija lodes ražošanai tika iztērēti 2 miljoni eiro, un tā tika izveidota gandrīz 5 gadus. Pēc projekta vadītāja teiktā, fiziķi jau ir aprēķinājuši, cik silīcija atomu vajadzētu būt vienā kg, un sākuši "salikt"kaut arī šis standarts nebūs pilnīgi precīzs, jo līdz šim zinātnieki nevar "salikt" standartu atomu burtiskā nozīmē.
Ražošanas apvienība "Elektroķīmiskā rūpnīca" Krasnojarskas teritorijas Zeļenogorskā piegādās izejvielas, lai izveidotu jaunu starptautisku kilogramu standartu - ideālu bumbiņu, kas izgatavota no viena silikona-28 izotopa kristāla, uzņēmuma Interfax pastāstīja uzņēmuma preses dienests.
Standarts tiks izgatavots ideālas bumbiņas veidā no viena silikona-28 izotopa kristāla.
Kristāls tiks audzēts Vācijas Kristāla izaugsmes institūtā no polikristāliska silīcija, kas iegūts Nižnij Novgorodā, augstas tīrības pakāpes vielu ķīmijas institūtā. Sākotnējā standarta izejviela - silīcija tetrafluorīds - tika piegādāta Zelenogorsk ECP.