Međunarodni prototip (standard) kilograma pohranjen je u Međunarodnom zavodu za utege i mjere (smješten u Sèvresu blizu Pariza) i predstavlja cilindar promjera i visine 39,17 mm izrađen od legure platine-iridija (90% platine, 10% iridija). Izvorno je kilogram definiran kao masa jednog kubičnog decimetara (litre) čiste vode na 4 ° C i standardnog atmosferskog tlaka na razini mora.
Pa zašto je postalo teže?
Koristeći jedinstvenu tehnologiju Theta-sensing, prof. Peter Cumpson i dr. Naoko Sano sa Sveučilišta u Newcastleu analizirali su površinu norme i utvrdili da je međunarodni prototip (standardni) kilogram kvantificirao onečišćenje ugljikovodika na njegovoj površini. Njihova istraživanja pokazuju da je Međunarodni prototip (standard) kilograma vjerojatno dobio na desetke mikrograma od kada je standard uveden 1875. godine. Ali budući da je riječ o kilogramu kojem moraju odgovarati svi kilogrami na svijetu, u teoretskom smislu barem će svi kilogrami biti tehnički teža.
Iako se povećanje referentne količine kilograma u desetinama mikrograma može činiti beznačajnim, Peter Cumpson tvrdi da svako odstupanje između Međunarodnog prototipa (kilograma) za kilogram i njegovih replikanata može biti problematično. "Postoje slučajevi međunarodne trgovine s materijalima visoke vrijednosti - gdje se mora uzeti u obzir svaki posljednji mikrogram." Akumulirani ugljikovodici mogu se ukloniti izlaganjem mješavini ultraljubičastih zraka i ozona.
Situaciju je zakomplicirala činjenica da u svijetu postoji 39 najtačnijih primjeraka referentnog kilograma pohranjenih u Parizu, koji su svojedobno poslani u različite zemlje svijeta radi održavanja jedinstvenog sustava mjera i utega. Prema brojnim znanstvenicima, oni se počinju sve više i više međusobno razlikovati u težini zbog klimatskih i drugih uvjeta koji postoje u različitim dijelovima planete.
"Industrijalizacija koja se dogodila u svijetu i priroda funkcioniranja modernog društva doveli su do toga da je površina referentnog kilograma dobila plak u obliku dodatnih čestica", kaže istraživački tim sa Sveučilišta u Newcastleu. - Sustav svjetske težine sada je pod prijetnjom stvaranja haosa u njemu. Bili smo užasnuti kad smo vidjeli da se čestice žive nakupljaju na površini jednog od 40 referentnih kilograma pohranjenih u Velikoj Britaniji “, rekao je voditelj projekta, profesor Peter Campson.
Promotivni video:
Prema informacijama koje je objava dobila, sada se raspravlja o pitanju kako izvršiti posebno „čišćenje od prašine“površina svih 40 referentnih kilograma kako bi ih se vratilo u jednu težinu.
Na konferenciji Kraljevskog znanstvenog društva u Londonu, 24. i 25. siječnja, Richard Davis, bivši šef masovnog odjela Međunarodnog ureda za težinu i mjere (sa sjedištem u Sèvresu, u blizini Pariza), predložio je ublažavanje definicije. Kao privremenu mjeru prije redefiniranja "kilogramske mase", predložio je prosječenje spornih masa. Dakle, ako se rezultati dvaju eksperimenata različitih vrsta pri određivanju mase ne podudaraju u potpunosti, treba ih jednostavno prosječiti, a dobivena vrijednost treba proglasiti novim standardom, citira prijedlog znanstvenika Nature News.
Međutim, ovaj plan ima mnogo protivnika. "Odluka da se prosječno uspostave dva nedosljedna rezultata bila bi potpuno matematički ispravna, ali ovo nije znanstveni pristup", rekao je Michael Hart, fizičar na Sveučilištu u Manchesteru.
Zagovornici prosjeka vide to kao napredak. „U idealnom slučaju želimo postići savršenu konvergenciju mjerenja. Ali ako to ne uspije, trebate upotrijebiti matematički pristup “, rekao je Terry Quinn, bivši direktor Međunarodnog ureda za utege i mjere. Naglašava da su dotične razlike premale da bi stvorile stvarne probleme za praktičnu primjenu mjere.
Ta je razlika dugoročno ozbiljan problem, jer se ne može procijeniti jesu li kopije sve teže ili, obrnuto, referenca je lakša.
Stoga znanstvenici već dugo planiraju zamijeniti "materijalni" standard kilograma, izražavajući ga neizdrživim konstantama fizike, koje se određuju velikom točnošću i ne mijenjaju. Ako to uspije, masa kilograma postat će nepromijenjena kao i zakoni svemira.
Znanstvenici koriste dva pristupa kako bi pronašli točan izraz za kilogram: u prvom se masa kilograma određuje pomoću električnog i magnetskog polja, a u drugom ga pokušavaju izraziti u smislu Planckove konstante, jedne od osnovnih količina kvantne mehanike.
Druga metoda uključuje izravan izračun broja atoma u kristalnoj silicijskoj sferi. Taj rezultat omogućuje da se kilogram redefinira u smislu Avogadro konstante, što je broj molekula po molu materije i, u stvari, odnosi atomsku masu elementa na masu makroskopskog tijela.
Posljednjih godina mjerenja oba postupka provode se s točnošću od 30 ppb - to je granica najtočnijih mjerenja mase cilindra platina-iridij. Međutim, rezultati dviju vrsta eksperimenata razlikuju se od 175 milijardi udjela - što je s metodološkog stajališta mnogo razumnije.
To ne dopušta službeno redefiniranje mjere kilograma, jer su razlozi odstupanja nejasni i još uvijek ih nije moguće otkloniti. Zato je podignut prijedlog o elementarnom prosjeku dvaju izračuna i takvoj matematičkoj redefiniciji kilograma.
Zadatak redefiniranja norme mase postaje sve oštriji s vremenom. Što duže čekamo i dodijeljujemo, veći je sloj mase između izvornog standarda i njegovih replika. Tada se uopće nećemo moći složiti oko toga koja se masa treba smatrati referentnom. Situacija izgleda gotovo ludo”, priznaje Quinn.
Do sada su se znanstvenici složili da su atomi silicija idealni za projekt zbog njihove stabilnosti. U standardnim se uvjetima gotovo nikada ne uništavaju, a sva se šteta lako izračunava. "Želimo redefinirati kilogram na temelju mase atoma, želimo brojati atome u jednom kilogramu određenog kristala", rekao je profesor Peter Becker "Izmjerimo volumen sfere i volumen atoma silicija, a kada podijelite silicijsku sferu s volumenom atoma, dobivate broj atoma - sve je vrlo jednostavno ". U izradi standarda sudjeluju znanstvenici iz mnogih zemalja, uključujući Rusiju. Za izradu silikonske sfere utrošeno je 2 milijuna eura, a stvaralo se gotovo 5 godina. Prema riječima voditelja projekta, fizičari su već izračunali koliko atoma silicija treba biti u jednom kilogramu i počeli su se "sastavljati"iako ovaj standard neće biti savršeno točan, jer do sada znanstvenici ne mogu „sastaviti“standard u doslovnom smislu atoma.
Proizvodno udruženje "Elektrokemijsko postrojenje" u Zelenogorsku na teritoriji Krasnojarskog isporučit će sirovine za stvaranje novog međunarodnog standarda za kilogram - idealnu kuglu napravljenu od jednog kristala izotopa silicija-28, priopćila je tiskovna služba poduzeća Interfax.
Standard će biti izrađen u obliku idealne kuglice od jednog kristala izotopa silicijuma-28.
Kristal će se uzgajati na Institutu za rast kristala Njemačka iz polikristalnog silicija dobivenog na Institutu za kemiju visokočistih tvari u Nižnjem Novgorodu. Početnu sirovinu za standard - silicijum tetrafluorid - isporučio je Zelenogorsk ECP.