Hivatalos kilogrammos tömegvesztés: A tudósok javasolják annak pontos meghatározását szénatomok pontos számaként

Mennyibe kerül egy kilogramm?

kilogrammos

Kiderült, hogy senki sem tudja biztosan megmondani, legalábbis nem úgy, hogy az idő múlásával soha ne váljon ilyen enyhén. A hivatalos kilogramm - egy 118 évvel ezelőtt platinából és irídiumból öntött henger, amely a kilogramm nemzetközi prototípusának vagy a "Le Gran K" néven ismert - tömegét veszítette el, körülbelül 50 mikrogrammot tett az utolsó ellenőrzéskor. A változás annak ellenére történik, hogy a Párizs melletti létesítményben gondosan tárolták.

Ez nem olyan jó egy olyan szabvány számára, amelyen a világ a tömeg meghatározásán múlik.

Két amerikai professzor - fizikus és matematikus - azt mondja, hogy ideje új és elegánsabb módon meghatározni a kilogrammot, amely ma, holnap és 118 év múlva ugyanaz lesz. Kampányt indítottak, amelynek célja a kilogramm újradefiniálása nagyon nagy - de pontosan meghatározott - szén-12 atom tömegeként.

"A mi szabványunk kiküszöböli annak szükségességét, hogy fizikai műtárgy határozza meg, hogy mi a kilogramm" - mondta Ronald F. Fox, a Regents emeritus professzora a Georgia Egyetem Fizikai Iskolájában. "Valami olyat akarunk, amelyet logikailag nagyon egyszerű megérteni."

Javaslatuk az, hogy a grammot - 1/1000-edik kilogrammot - ezentúl pontosan 18 x 14074481 (kockás) szén-12 atom tömegének határozzák meg.

A Fox és Theodore P. Hill - a Georgia Tech Matematikai Iskola emeritus professzora - által tett javaslat először sajátos értéket tulajdonít Avogadro állandójának. Az 1800-as években, Amedeo Avogadro olasz tudós által javasolt konstans az atomok vagy molekulák számát jelenti egy tiszta anyag egy móljában - például a szén-12 atomok számát az elem 12 grammjában. Avogadro állandója azonban nem konkrét szám; ez egy olyan értéktartomány, amelyet kísérletileg meghatározhatunk, de nem kellő pontossággal ahhoz, hogy egyetlen szám legyen.

Hill félig komoly kérdésével arra ösztönözve, hogy Avogadro állandója páros vagy páratlan szám volt-e, 2006 őszén Fox és Hill benyújtott egy dokumentumot a Fizikai Archívumhoz, amelyben azt javasolta, hogy rendeljenek egy állandó számot az állandóhoz - a 10 lehetséges közül egyet értékek a kísérleti tartományon belül. A szerzők rámutattak, hogy egy pontos Avogadro-állandó pontosan meghatározhatja a tömeg mértékét, a kilogrammot is.

Javaslatuk felhívta az American Scientist szerkesztői figyelmét, akik hosszabb cikket kértek 2007 márciusában. A javaslat eddig öt levelet írt le, köztük Paul J. Karoltól, a Nómenklatúra, Terminológia és Jelképek Bizottságának elnökétől. az American Chemical Society. Karol hozzáfűzte a javaslatot, és azt javasolta, hogy a számot osszák el 12-vel - amit Fox és Hill egy kiegészítésben tettek meg azzal, hogy számuk végső számjegyét 8-ról 6-ra változtatták. Tehát az Avogadro konstansra vonatkozó új javaslat 84446886 (kockás) lett, még mindig az elfogadott értékek tartományán belül.

Gyors előrejutás 2007. szeptemberig, amikor a Fox a CNN.com webhelyén olvasta az Associated Press cikkét arról, hogy a tömeg eltűnik a kilogramm prototípusáról. Míg az AP szerint a hiányzó tömeg nem haladta meg az "ujjlenyomat súlyát", Fox azt állítja, hogy a mennyiség jelentős lehet egy olyan világban, amely ultranubanoszekundumokban és az ultranubanométerekben méri az időt.

Fox és Hill tehát egy újabb cikket lőtt a Fizikai Archívumba, amelyben azt javasolta, hogy a grammot újból definiálják a 12 szénmól 12/12-es tömegének - ezt a mólot hosszú ideig az Avogrado atomszámának definiálják. Most azt remélik, hogy nagyobb érdeklődést váltanak ki ötletük iránt, ami a szabványok javaslatainak versenyévé válhat, amely a Súlyok és Mérők Nemzetközi Bizottságának 2011. évi ülését eredményezi.

Legalább két másik javaslat a kilogramm újradefiniálására kerül megvitatásra. Ide tartozik a platina-irídium henger cseréje egy tiszta szilícium atom gömbbel, és egy "wattmérleg" néven ismert eszköz használata a kilogramm meghatározásához elektromágneses energia felhasználásával. Mindkettő fejlesztést kínálna a meglévő szabványhoz képest - de nem lehet olyan egyszerű, mint amit Fox és Hill javasolt, és nem is pontosak, mondják.

"Egy tökéletes numerikus kocka használata ezen állandók meghatározásához ugyanolyan szignifikancia-szintet eredményez - nyolc vagy kilenc számjegyű -, mint azokban az egész számokban, amelyek meghatározzák a másodikat és a fénysebességet" - mondta Hill. "A kilogramm tisztán matematikai meghatározása kísérletileg semleges - a kutatók ezután bármilyen laboratóriumi módszert alkalmazhatnak, amelyekkel a pontos tömegeket közelíteni akarják."

A kilogramm az utolsó fő szabvány, amelyet egy fizikai tárgy, nem pedig egy alapvető fizikai tulajdonság határoz meg. Például 1983-ban a méterrel jelölt távolságot újradefiniálta az, hogy a fény mennyi ideig halad 1/299 792 458 másodperc alatt - egy fém botot két jelöléssel helyettesítve.

"Gyanítjuk, hogy nyilvános vita lesz erről a kérdésről" - mondta Fox. "Azt akarjuk, hogy a tudósok, a természettudományi tanárok és mások gondolkodjanak el ezen a problémán, mert úgy gondoljuk, hogy ezek hatással lehetnek. A nyilvános vita fontos szerepet játszhat annak meghatározásában, hogy a világ egyik alapvető fizikai állandót hogyan határozzák meg."

Mennyire fontos ez a kérdés a világ jövőbeli technológiai fejlődése szempontjából "

"Amikor fizikai és kémiai méréseket végez, fontos, hogy a lehető legpontosabb legyen, és ezek a szabványok valóban meghatározzák a pontosság határait" - mondta Fox. "A pontos szabvány hiánya némi következetlenséget hagy az eredmények megfogalmazásában. Egy egyedi szabvány birtokában ez kiküszöbölhető."

Míg az új meghatározás megszüntetné a tömeg fizikai ábrázolásának szükségességét, Fox szerint azoknak az embereknek, akik fizikai műtárgyra vágynak, még mindig lehet - bár a szén valójában nem képes tökéletes kockát alkotni a megfelelő számú atom mellett. És ennek felépítése eltarthat egy ideig.

"El tudná képzelni, hogy van olyan anyagcsomója, amelyben valójában pontosan a megfelelő számú atom van" - jegyezte meg Fox. "Ha valamilyen összerakási eljárással meg tudná építeni - ellentétben atomonkénti felépítésével, amely néhány milliárd évbe fog telni -, akkor új, kilogrammos széndarabja lehet. De valójában nincs Még akkor is, ha tökéletes kilogrammot építene, azonnal pontatlan lenne, mihelyt egyetlen atom leválik vagy felszívódik. "