Россия создает собственный эталон килограмма, где масса будет определена через постоянную Планка. Зачем российским ученым потребовался суверенный стандарт самой популярной единицы массы?
Аппаратура для получения эталона килограмма уже испытывается, рассказал в интервью РИА Новости глава Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии Антон Шалаев. Макет будущего эталона уже способен реализовать новое определение с погрешностью до 10 микрограммов.
Почему эталон решили пересмотреть
Участники 26-й Генеральной конференции по мерам и весам в 2018 году приняли историческое решение о переопределении четырех из семи основных единиц Международной системы единиц — килограмма, ампера, кельвина и моля.
Килограмм этим решением «отвязали» от материального носителя-эталона из сплава платины и иридия, который хранится в штаб-квартире Международного бюро мер и весов в пригороде Парижа.
Дело в том, что материальный эталон слишком несовершенен — несмотря на то, что идеальная «гирька» находится под вакуумным колпаком, за последние сто лет ее масса изменилась на 50 микрограммов из-за диффузии и испарения вещества.
Теперь эталон килограмма определяется через сверхточное значение фундаментальной постоянной Планка — коэффициентом, связывающим величину энергии кванта электромагнитного излучения с его частотой.
Как измерить килограмм
Фундаментальная константа идеально подходит для создания эталона — она неизменна, общедоступна и не требует специальных условий хранения. Более того, идентичные высокоточные значения мер могут храниться сразу в нескольких странах.
Однако проблема в том, что измерения эталона производятся с помощью сложного прибора под названием «весы Киббла», где вес тела уравновешивается электромагнитной силой, которая рассчитывается на основе постоянной Планка.
В новой версии системы единиц килограмм должен оказаться таким, чтобы постоянная Планка составила ровно 6,62607015 · 10-34 Дж · с.На сегодня весы Киббла уже созданы в США, Швейцарии, Великобритании, Канаде, Китае и Германии. Россия решила не покупать этот сложный прибор за рубежом, а изготовить сама. Фактически, российский эталон килограмма появится после изготовления весов.
Что такое весы Киббла
Изначально весы Киббла были спроектированы как раз для точного измерения постоянной Планка. Таким образом, если в качестве груза разместить на этих весах эталон массы, то на выходе должна получиться эта фундаментальная константа.
Весами этот прибор зовется потому, что в них гравитационная
сила уравновешивается электромагнитной. Установка весом в несколько тонн определяет,
какой ток нужен для того, чтобы создать электромагнитное поле, способное
уравновесить чашу с тестируемым грузом.
Так, весы Киббла, установленные в Национальном институте стандартов и технологий США, могут создавать магнитное поле B = 0,55 тесла, что примерно в 10 тысяч раз больше магнитного поля Земли.
После создание национальных весов Киббла Россия обретет метрологическую «независимость» — ученые смогут сами получать эталонное значение килограмма внутри страны. Однако пока российский макет не достиг нужной точности, его доработка займет еще несколько лет.