Кремнієва куля як новий вихідний кілограм - підрахунок атомів як перший крок до нового визначення
Атомний підрахунок як перший крок до переосмислення
Вчені перебувають на шляху до перевизначення кілограма. Куля з чистого кремнію могла в майбутньому замінити оригінальний платиновий кілограм, виготовлений у 1889 році, який раніше вважався «мірою всього». Для того, щоб мати можливість точно підрахувати кількість атомів, що містяться в новій кулі, тепер на її поверхні зроблено лазерне маркування.
Оригінальний кілограм, виготовлений в 1889 році із платинового сплаву і зберігається зараз у сховищі поблизу Парижа, з незрозумілих причин навряд чи втрачає свою вагу, але він худне. Тому новий оригінальний кілограм повинен бути створений із кульки з чистого кремнію.
Атоми підраховуються в рентгенівських променях
Нова куля має діаметр 9,36 см і така ж бездоганна і гладка, як жодна до цього. Він складається на 99,99 відсотка з ізотопу кремнію-28, і його кристалічна структура майже досконала. Крім того, він настільки круглий, наскільки може бути куля. Якщо виміряти радіус від центру кулі до поверхні в різних точках, відхилення ніде не перевищує 30 нанометрів (30 мільйонних часток міліметра). Якби земля була такою ж гладкою, як ця сфера, найвища точка на землі, гора Еверест, мала б висоту лише 1,82 м.
Для створення ідеальної кілосфери атоми кулі підраховують у вимірювальному приладі за допомогою рентгенівського світла. Оскільки відома точна кількість атомів кремнію в кілограмі, підрахунок атомів може визначити точність нового вихідного кілограма. Однак для цього необхідно, щоб куля була точно вирівняна в межах вимірювальних приладів.
Лазерне маркування як підрахунковий засіб
Як допоміжний засіб для регулювання, орієнтація кристалів кулі повинна бути помітною на поверхні - і це з найменшими можливими змінами в ізотопно чистій та високоточній полірованій тестовій кулі. Для того, щоб позначити м'яч без будь-якої помітної втрати ваги, його структурують за допомогою лазера. Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) був обраний разом з Micreon GmbH, Ганновер партнером для маркування сфери.
Лазерне структурування за допомогою фемтосекундного лазера створює поверхневі центри розсіювання, які легко помітні неозброєним оком навіть на найнижчій середній глибині абляції в кілька десятків нанометрів. Хорошу видимість покращують хвильові структури, які дозволяють світлу відображатися в характерних кольорах веселки. Нещодавно прототип сфери був успішно забезпечений трьома марками. Найближчим часом LZH і Micreon також позначать лазером другий кульку з ще більшою чистотою і ще більш жорсткими допустимими відхиленнями.
Офіційне заснування 2011 року
Важко передбачити, які наслідки матиме введення високоточної одиниці маси. Перевизначення другого в кінці шістдесятих показує, що воно може мати далекосяжні наслідки: Тоді ще ніхто не міг уявити, яка одиниця часу коли-небудь знадобиться в реальному світі, яку можна було б точно визначити до кількох мільярдних часток. Сьогодні популярна система глобального позиціонування (GPS) була б немислима без цього визначення.