НАВЕРХ

Физики утвердили новый килограмм

Фото: meshok.net

Участники 26-й Генеральной конференции по мерам и весам, прошедшей в Париже, приняли историческое решение усовершенствовать килограмм. Определяться теперь он будет не по материальному артефакту, а по формуле. Таким образом, воспроизвести килограмм можно будет в любой точке планеты без привычных приборов измерения веса и сверки с эталонным физическим килограммом.

Конференция по мерам и весам переопределила четыре из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ) — килограмма, ампера, кельвина и моля. С этого момента все единицы системы СИ привязаны к фундаментальным физическим константам, сообщает c мероприятия портал N+1.

Ранее единица массы, килограмм, была привязана к рукотворному артефакту, цилиндру из сплава платины и иридия, который хранится во французском городе Севр. Результаты нескольких международных сличений национальных копий, изготовленных из того же материала, показали, что их массы меняются относительно главного эталона в диапазоне ±50 микрограммов за 100 лет.

Фото: en:User:Greg L / CC-BY-SA-3.0

Насколько при этом изменилась масса главного эталона — неизвестно, поскольку его не с чем сравнивать. Для многих типов измерений такое отклонение может привести к недостоверным результатам.

Теперь утверждено новое определение килограмма, основанное на постоянной Планка. Установка, с помощью которой можно реализовать новый эталон массы, называется весы Киббла. В таких весах эталоном выступает груз, который уравновешивает силу отталкивания между постоянным магнитом и катушкой, по которой пропускают ток. Таким образом, массу объекта можно найти за счет равенства электрической и механической сил.

Постоянная Планка «прячется» в уравнениях, описывающих работу электрической части установки, и без ее фиксирования переопределить килограмм было невозможно. 

Благодаря новому определению килограмма каждая страна сможет воспроизводить эталонную установку самостоятельно в любое время, не прибегая к сверке с главным эталоном.

Вместо старого цилиндра будет и новый физический эталон, но рассчитанный уже по формуле постоянной Планка. Это шар идеальной сферической формы из поликристаллического кремния, обогащенного по стабильному изотопу 28Si.

Стабильный изотоп 28Si позволит новому сферическому эталону предельно точно сохранять массу с течением времени. Материал был наработан на Электрохимическом заводе, расположенном в городе Зеленогорск Красноярского края. Это предприятие, входящее в структуру Росатома, является одним из мировых лидеров в области обогащения стабильных изотопов.

Реформа мер и весов

Конференция также утвердила новое определение ампера. Прежнее определение, утвержденное в 1948 году, было основано на измерении силы, действующей на параллельные проводники с током. Теперь ученые решили зафиксировать не только численное значение постоянной Планка для килограмма, но и численное значение электрического заряда — для нового определения ампера.

Единица температуры — кельвин — до сегодняшнего дня определялась как 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды (это строго определенные значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях).

Это определение создавало свои неудобства, поскольку в воде всегда есть примеси тяжелых изотопов водорода и кислорода, и они могут значительно сдвигать тройную точку. Поэтому метрологам пришлось создать отдельный стандарт — Венский стандарт усредненной океанской воды. Ее рецепт выглядит так: 0,00015576 моля дейтерия на моль обычного водорода.

Кроме того, для того чтобы определять точные значения в других диапазонах, ученым приходилось контролировать точки плавления и кипения нескольких других веществ. Новое определение кельвина основано на постоянной Больцмана.

Моль до этого времени был привязан к количеству атомов в 0,012 килограмма стабильного углерода-12, то есть был связан с массой. В новой версии системы СИ он будет определен через зафиксированную постоянную Авогадро.Дозы радиации: где облучается городской житель

Нынешнее решение завершает реформу, длившуюся несколько десятков лет. В 1960-х годах ученые отказались от физического эталона метра, изготовленного в 1889 году. Сейчас метр определяется c помощью постоянной Планка: это расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1/299 792 458 секунды.

В 2005 году исследователи определились в выборе еще трех констант, чтобы изменить определения других единиц. Постоянная Планка была выбрана как основа для определения единицы массы, килограмма, элементарный электрический заряд (заряд электрона) — единицы силы тока, а постоянная Больцмана — термодинамической температуры. Для того, чтобы завершить этот переход, понадобилось еще несколько лет, чтобы с высокой точностью измерить константы.

Проект реформы был одобрен, но вступит в силу она во Всемирный день метрологии, 20 мая 2019 года.
Обсуждение (23) Добавить комментарий Мой профиль
Обсуждение (23)
Добавить комментарий