Физика Како истражувачите го редефинираат килограмот - WELT
Силициумската сфера, чија големина е скоро десет сантиметри, патуваше од Русија во Германија, во Австралија и назад во Германија
Тоа е веројатно најсовршената сфера на светот: со помош на силиконски кристал дебел скоро десет сантиметри, физичарите од Брауншвајг сакаат да го редефинираат парискиот оригинален килограм. Причина: Оригиналната тежина, која се чува во сеф на периферијата на Париз, страда од губење на тежината.
За неколку дена, она што е веројатно најсовршената сфера на светот, пристигнува во Лабораторијата 5.41 на приземјето на зградата на Фридрих Пашен на физикалих-техники Бундесансталт (ПТБ) во Брауншвајг. Тоа е дебело приближно десет сантиметри, силиконска топка од еден килограм. Во следните месеци, Питер Бекер и неговиот тим ќе го измерат исклучително прецизно во вакуумска комора.
Постои амбициозен план зад ова: научниците сакаат да избројат барем до осум децимални места колку атоми содржат во крт. Крт, физичка базна единица на количината на супстанција, одговара на атомската тежина на една материја во грамови. За железо ова е 56 грама, за жива 201 или за силикон 28 грама. Природата го подредила така што секој крт содржи ист број на атоми. 201 грама жива, на пример, секогаш содржи толку атоми како 56 грама железо или 28 грама силикон.
Се разбира, тоа е доста атоми, околу шест пати десет од моќноста23. Секој што сака да започне да ги брои честичките индивидуално, би бил зафатен долго време. Доколку регистриравте милион атоми во секунда, ќе ви требаат уште 20 милијарди години - подолго отколку што универзумот постоел порано. Значи, ова не е одржлива опција.
Физичарите во PTB затоа му пристапуваат на проектот многу попаметно. Тие користат силициум монокристал кој има толку редовна структура што треба да го измерите растојанието помеѓу одделните атоми во кристалната решетка за да откриете колку атоми се вклопуваат во неговиот волумен. Но, овде, како и секаде со високопрецизни мерења, ѓаволот е во деталите. Бидејќи „ниту еден кристал не е совршен, секој од нив содржи странски атоми и мали дефекти што го прекинуваат совршенството на кристалната решетка“, објаснува шефот на одделот Питер Бекер. Покрај тоа, самото мерење на проредот на мрежата не е доволно, бидејќи волуменот на сферата и нејзината маса исто така мора да се одредат што е можно попрецизно. Ова тогаш ја дава нивната густина, и само кога ги имате сите овие информации заедно, можете да пресметате колку атоми има во крт.
Се разбира, научниците од Брауншвајг не одат на овој голем трошок за радост на броењето. Тие бараат длабоко практично значење: станува збор за пронаоѓање на последната сè уште не прецизно дефинирана основна единица, килограмот, назад кон универзалните природни константи. Досега се користеше мал цилиндар платина-иридиум како стандард за сите килограми во светот. Бирото Интернационал des Poids et Mesures го чува во сеф во Севр, на периферијата на Париз.
Сепак, во текот на изминатите 100 години се покажа дека овој оригинален килограм постепено стана малку полесен. Само од оваа причина, би имало смисла конечно да се стави дефиницијата за килограм на стабилна основа. Постојат активности поврзани со ова во неколку земји. Во ПТБ во Брауншвајг, фокусот е на силиконската сфера.
За да може броењето да биде навистина прецизно, силиконот (Si) мора да биде исклучително чист и може да содржи само еден вид атом. „Природниот силициум секогаш се состои од три вида атоми, т.н. изотопи, кои се разликуваат по својата атомска тежина“, објаснува Питер Бекер. „Најчестиот е Si 28, но има и околу пет проценти Si 29 и мали количини Si 30 во елементот“.
Со цел да се одделат потешките изотопи, ПТБ нареди силициум во Русија во 2003 година, од кој 99,99 проценти се состои од изотопот Си 28. Техниката што се користи за производство е иста како онаа што се користи за збогатување на ураниум. Ова е причината зошто руските научници исто така имаа корист од нивното искуство од програмата за нуклеарно оружје. Збогатувањето се случи во Санкт Петербург, последователното чистење и обработка на силициумот како цврст материјал беше спроведено од истражувачи во Нижни Новгород, поранешен Горки.
Во 2006 година, високо збогатениот материјал конечно пристигна во Берлин-Адлершоф, каде специјалисти од Институтот за раст на кристали од него израснаа исклучително редовен единечен кристал. Од ова, пак, PTB мелеше груба топка, која потоа беше испратена во Австралија за полирање. По ова мало патување низ светот, силиконската сфера сега се враќа дома. Наскоро истражувачите ќе знаат колку атоми содржи.