Трка до новиот килограм
Со години, научниците се натпреваруваа едни со други за да најдат нова основа за физиката. Прашањето е: Како можете да го замените оригиналниот париски килограм со прецизен метод за мерење? Одлуката ќе биде донесена на крајот на јуни.
Од 1889 година, цилиндар платина-иридиум е заклучен во предградие на Париз - оригиналниот килограм. Но, неговиот мал недостаток го мачи светот на науката: оригиналното килограм ослабе. 50 микрограми - 50 милионити дел од грам - се чини дека исчезнале во воздух во текот на еден век. „Тоа е многу, многу малку, и во основа не го забележувате во секојдневниот живот“, објаснува Анри Бауман од швајцарскиот институт за метрологија METAS во близина на Берн.
Како и да е, тоа е повеќе од данок, бидејќи оригиналниот килограм точно дефинира што е килограм - без оглед дали е 50 микрограми премногу лесен или се распаѓа на половина - тоа е и останува килограм. Тоа е сегашната дефиниција. Во вториот случај, светот би бил само двапати потежок, а килограм злато или пченица одеднаш би бил двојно поскап.
Чуварите на телесната тежина сакаат да ја отстранат оваа несигурност и да го редефинираат килограмот користејќи природна константа. За константа што не може да се менува и не, како порано, за објект што може да изгуби маса. Научниците во Јапонија, Швајцарија, Канада, Германија и САД сега се обидуваат да се надминат едни со други во однос на точноста. На крајот на краиштата, тие сакаат да редефинираат што е килограм. Научниците имаат рок до крајот на јуни да достават нова дефиниција што ги исполнува меѓународните услови.
Атомите на оваа сфера би можеле да го заменат оригиналниот килограм
„На почетокот беше релативно опуштено. Но, после тоа вие практично се ставате под притисок да продолжите да бидете подобри и да го надминувате постигнатото “, објаснува Арнолд Николаус, физичар во„ Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) “во Брауншвајг. Во раката држи сјајна црна и сива топка. Тоа е најсовршената сфера вештачки на светот - силиконската сфера.
Топката од еден милион евра
Тоа е експериментот со кој PTB влегува во трката за редефинирање на килограмот. Помалку станува збор за самата убаво сјајна топка, но за нејзината содржина - силиконските атоми. Поточно силикон-28, еден од трите стабилни изотопи на силикон. Атомите седат на точно исто растојание едни од други во кристалната решетка - и нивната тежина не се менува - дури ни за сто години. Прашањето што го поставуваат истражувачите од Брауншвајг е: Колку атоми сочинуваат еден килограм? Одговорот е многу веројатен во регионот на 21 квадрилион, број со 24 нули.
Суровиот кристал со висока чистота е произведен во руски атомски центрифуги. Поен на цената: еден милион евра. „Да знаете дека во моментов возите милион долари, тоа е интересно чувство“, објаснува Рудолф Мееш од ПТБ. Инженерот е одговорен за правење на сферата колку што е можно човечки. Само така неговите колеги можат подоцна да пресметаат колку атоми на Si-28 се наоѓаат во една сфера.
Рудолф Меш и неговите вработени во работилницата
„Сега знаеме колку атоми се вклопуваат во еден сантиметар. Затоа „само“ треба да го измерите дијаметарот на сферата за да го дознаете волуменот. Тогаш знаете колку атоми се во сферата. Ние тоа го множиме со масата на силикон-28 и веднаш потоа ја имаме масата на оваа сфера “, објаснува Арнолд Николаус, одговорен за мерење на сферите.
Сепак, ниту една топка не е совршено мазна и ниту една топка не е иста како друга - Рудолф Мееш и неговиот тим сè уште не успеале во тоа. Ако ја зголемите површината, топчињата понекогаш личат на кружен компир со неколку вдлабнатини, брадавици и насипи. Физичарот Арнолд Николаус исто така треба прецизно да ги измери. „Ако овде кажеме дека мериме само на две точки, тогаш може да го пропуштите - ако само меревте над максимумот, би ја прецениле сферата.
Листот во оџакот од 10 км
Користејќи го експериментот, истражувачите од Брауншвајг сакаат да ја поврзат тежината од еден килограм со Планковата константа h. Основна величина од светот на квантната физика. Таа ја опишува најмалата можна единица на енергија што може да се емитира или апсорбира во физиката. Сепак, вредноста на константата сè уште не е поставена во камен, но има неизвесност од осмото децимално место. Научниците сега треба да го променат тоа: Оние кои ќе успеат точно да ја утврдат константата, ќе го редефинираат килограмот. „Ако сега замислите пакет хартија висока 10 километри, тогаш треба да можеме да откриеме кој лист хартија е ставен погрешно. Ова приближно одговара на точноста на експериментот. Значи, ние треба да измериме точно на осмото место по децималната точка “, објаснува Анри Бауман од швајцарскиот институт за метрологија METAS во близина на Берн. Само на овој начин ништо не би се променило преку редефинирање.
Анри Бауман и неговите ваги
Тинкерираше со прецизни ваги зад строго затворени врати - сосема поинаков пристап за редефинирање на килограмот: „Освен постојаната на Планк и фактот дека се обидувате да го добиете килограмот како почетна точка, експериментите не се споредливи „, Објаснува Бауман.
Наместо да се добие масата на килограм од одреден број атоми, вагите треба да можат да тежат точно еден килограм. Но, она што физичарот Анри Бауман и неговиот колега го изградија тука во подрумот на Федералниот институт за метрологија METAS тешко изгледа како конвенционална скала, но во принцип работи на сличен начин: „Имате тежина на предната страна и се создава електромагнетна сила од другата страна со цел потоа да се компензира оваа тежина “.
Електромагнетната сила се генерира од бакарна серпентина која се наоѓа во магнетно поле. Научниците мораат да ја пуштат струјата низ нив додека електромагнетното поле не биде доволно силно за да ја балансира тежината од другата страна. Значи, истражувачите мерат колку електромагнетна моќ е неопходна за да се задржи тежината на еден килограм хоризонтално. Оригиналниот килограм служи како референца. На овој начин, истражувачите можат да бидат сигурни дека нормалните скали во светот нема да покажат различна тежина по редефинирањето.
50 микрограми: само теза
Додека истражувачите ширум светот работат на соборување на оригиналниот килограм - познат и како Гранд К - тој безбедно се чува во Меѓународното биро за тегови и мерки (BIPM) во Севр, мало предградие на Париз. Каде точно се наоѓа на страницата, е добро чувана тајна. Сефот се отвора еднаш годишно за да се проверат температурата, притисокот и влажноста и едноставно да се види дали килограмот е сè уште таму. Неговиот заштитен капак, кој се состои од три оклопни стаклени bвона поставени една врз друга, го остави килограмот само три пати - три пати за 128 години.
И покрај сета претпазливост, беше невозможно да се спречи 50 микрограми едноставно да исчезнат со децении. Но, тоа е само една теза, вели Ричард Дејвис од BIPM. „Можеби и другите прототипови со кои се споредуваше Уркило со текот на времето станаа потешки. Малку е веројатно. На крајот на краиштата, не знаеме. “За да се биде на безбедна страна, треба да се патува назад во времето и да се споредат денешните оригинални килограми со себе.
Ват рамнотежа во последниот излив
Швајцарскиот METAS работи на балансот на вати веќе 20 години. Но, експериментот сè уште не функционира: „Сè уште има некаде систематска грешка. Вкупната неизвесност на мерењето на експериментот сè уште не е добра за да може да објавува вредност со доверба. “Бауман останува уверен дека решението ќе дојде во следните три месеци:„ Секогаш треба да бидете сигурни. Тоа е ризичен експеримент, така е “.
Од друга страна, по долго истражување, конкурентите од Брауншвајг во ПТБ можат да ги произведат, измерат и пресметаат своите сфери толку прецизно што ќе можат да ги користат за да ја одредат Планковата константа на потребното осмо децимално место. Германскиот институт може да успее да ги дефинира Планкковата константа и килограмот.
Без баланс на вати, нивната вредност би била бескорисна. Бидејќи меѓународните регулативи предвидуваат дека Планкковата константа е дефинирана со два независни експерименти. „Ако имате само еден резултат од експеримент, никогаш не би можеле да бидете сигурни дали е точна вредноста на константа на Планк. Експериментот може да има неочекувана грешка. Затоа, потребни се два различни пристапа. Тоа создава голема доверба “, објаснува Ричард Дејвис.
Дури и ако истражувачите од Берн повеќе не можат да објават вредност на време, планираното редефинирање на килограмот изгледа сигурно. Бидејќи научниците во САД и Канада исто така истражуваат рамнотежа на вати - тие веќе доставија вредности што се доволно точни, велат тие.
Notice1 известување за пратка
Нова дефиниција од мај 2019 година
За да се редефинира константата, тогаш се пресметува средната вредност од сите експерименти што даваат точна вредност навремено. „На генералната конференција на крајот од следната година, официјално треба да се одлучи за редефинирање на оригиналниот килограм преку вредноста на Планкковата константа. Comeе стапи на сила само во мај 2019 година “, вели Ричард Дејвис од BIPM. На овој начин, сите национални институти за метрологија имаат доволно време да се прилагодат на времето по оригиналниот килограм и да одлучат како сакаат да го реализираат килограмот во иднина.
Во Нов Зеланд или Кореја тие во моментот градат сопствен национален биланс на ват. Во Австрија, од друга страна, ќе купите силиконска топка, според Сојузниот завод за метрологија и геодет. Сепак, не силициум-28 со висока чистота. Поевтина топка со изотопи со мешан силикон го прави истото во оваа земја.
Со редефинирање, оригиналниот килограм станува еден од многуте. Како и сите маси, и нејзината тежина во иднина ќе се одреди со помош на непроменливата Планкова константа. Но, загатката за тоа дали навистина изгубила 50 милионити дел од грам, останува нерешена.