Визначення кілограма може змінитися вже в 2018 році (і стати квантовим)
СЛАЙДШОУ - Стандарт, що зберігається у Франції, який визначає "кілограм" у всьому світі, повинен бути замінений на більш абстрактне визначення з нагоди наступної Генеральної конференції мір і ваг.
Опубліковано 30.10.2017 о 18:54, оновлено 30.10.2017 о 19:00
Кілограм, як ви знаєте, може зникнути. Визначений до сьогодні матеріальним об'єктом, маса якого за визначенням коштує один кілограм, цілком може бути замінено більш абстрактним визначенням, заснованим на фундаментальній константі квантової механіки: константі Планка. Якщо це не змінить вашого повсякденного життя (ваші ваги і надалі матимуть однакову вагу, наші вибачення), це невеличка революція у світі фізики.
Кілограм фактично є останньою одиницею виміру, яка залишається визначеною фізичним стандартом: «міжнародним прототипом кілограма», який також називають «великим К». На відміну від того, що говорить ця загальна назва, велике К не є великим. Це невеликий циліндр з платини та іридію, діаметр та висота якого не перевищує 4 см. Або приблизно за розміром м’яча для гольфу.
Цей невеликий шматок металу ревниво охороняється в паризькому регіоні в сейфі при Міжнародному бюро мір і ваг (BIPM), розташованому в парку Сен-Клу. Саме з цього "артефакту" підроблені всі вагомі посилання по всьому світу. Вірніше, з його копій, ретельно виготовлених одночасно, в 1889 році. Сам оригінальний циліндр тримається під потрійним скляним дзвоном, щоб захистити його від зливу часу, у сейфі, точне місце якого тримається в секреті.
З моменту створення він випускався лише тричі: у 1940-х, в 1989-му, потім у 2014-му. Знахідка завжди однакова: при кожному зважуванні великий K виявляється трохи легшим за свої копії. Він втрачає масу? Чи отримують його копії якісь? Дрейф дуже легкий, близько 50 мікрограмів на століття, але це дуже клопітно. Великий К, за визначенням, завжди важить кілограм. Якщо його маса зменшується, це набувають її всі інші об’єкти у Всесвіті, коли вони виражаються в цій одиниці. Це стосується як електрона, так і Сонця через той, який відображає ваша шкала.
Знайте, що ви не єдині, хто вважає цю ситуацію химерною, навіть незручною. Для метрологів, фахівців з вимірювань це навіть зовсім нестерпно. Будьте впевнені, проблема повинна бути вирішена найближчим часом. Під час щорічного засідання в BIPM експерти Міжнародного комітету мір і ваг (CIPM) висловились за переосмислення кілограма в середині жовтня з наступної Генеральної конференції мір та ваг (CGPM), яка відбудеться у Версалі з 13 по 16 листопада 2018 року (BIPM, CIPM та CGPM - три міжнародні організації, відповідальні за підтримку та розвиток Міжнародної системи одиниць).
Кілограмовий баланс і ідеальна кремнієва сфера
Одиниця маси більше не визначатиметься відносно великого К, а відносно фундаментальної постійної фізики: константи Планка, зазначеної h, яка відіграє центральну роль у квантовій механіці. До сьогодні його значення визначалося експериментами. Тепер це буде зафіксовано так само, як швидкість світла була встановлена з 1983 року для визначення лічильника. І кілограм якось стане "квантовим".
Принаймні дві методики дозволяють співвідносити кілограм з константою Планка. Перший, відомий як ватний ваг або баланс Кіблі (названий на честь його винахідника), полягає у вимірюванні електромагнітної сили, необхідної для підняття ваги в один кілограм (ПІК або одна з його точних копій). Ця сила виражається як функція h. Інша методика полягає в підрахунку кількості атомів, що містяться в майже ідеальній кулі кремнію. Потім маса останнього порівнюється з масою кілограма. Виводимо масу атома кремнію. "Однак існує теоретичний зв'язок між масою атома і константою Планка", - пояснює Майкл Сток, директор департаменту метрології у фізиці BIPM.
Точніші стандарти невеликої маси
П’ять лабораторій у всьому світі (дуже) близькі до необхідної точності: LNE (Франція), NIST (США), NRC (Канада), NMIJ (Японія) та PTB (Німеччина). Перші три працюють з балансом Кіббла, останні два на кремнієвих сферах. Якщо їх результати не збігаються ідеально, метрологи підраховують, що вже можна домовитись про "консенсусне значення" h.
Врешті-решт кожна країна зможе виробляти свої власні стандарти маси із значення h. Але перш за все, можна буде безпосередньо побудувати еталони бажаної маси, будь тонна або міліграм. "Особливо в області малих мас, хімії або фармації це дозволить підвищити точність вимірювань", - пояснює Майкл Сток. "До цього часу невеликі еталонні маси будувались за стандартами в один кілограм, обов'язково була значна втрата точності".