A kilogramm lefogy: A kilogramm újradefiniálása az univerzális állandók alapján a tudósok sürgetik

A kilogramm fogy, és sok nemzetközi tudós, köztük a Sandia National Laboratories néhányan egyetértenek abban, hogy ideje újradefiniálni. A tudósok abban reménykednek, hogy újradefiniálják a kilogrammot azáltal, hogy az univerzális állandók standardjaira építenek, nem pedig műtermékekre.

Az 1880-as években készült Nemzetközi Kilogramm (IPK) vagy „Le Grand K” egy platina-irídium ötvözetből álló rúd, amelyet Párizs közelében tárolnak. "Az ötlet az, hogy az egyetlen mesterkilót fizikai állandókon alapuló valamivel helyettesítsék, nem pedig olyan tárgyra, amely véletlenül megsérülhet" - mondja Hy Tran gépészmérnök, a Sandia Elsődleges Szabványügyi Laboratóriumának (PSL) projektvezetője.

A Nemzetközi Rendszerben (SI) szereplő hét mértékegység közül a kilogramm az egyetlen bázis, amelyet még egy fizikai objektum határoz meg. Ezenkívül a kilogramm példányai az idők folyamán megváltoztak, akár súlygyarapodással, akár fogyással a szokásos kilogrammhoz képest.

A kilogramm újradefiniálásának célja a kockázat csökkentésén alapszik - mondja Tran. "Hosszú távon az újradefiniálás - különösen ha helyesen hajtják végre - előnyös a kockázatcsökkentés miatt, és mivel a jövőben jobb méréseket tesz lehetővé" - mondja.

A mesterkilogram - Le Grand K - fizikai állandókon alapuló egységgel történő cseréjével több laboratórium és a nemzeti mérőintézetek kutatói meg tudták állapítani a nyomon követhetőséget - mondja.

Tran szerint a kilogramm marad a kilogramm; csak a meghatározásának módja változik. Szerinte a kilogrammot leghamarabb 2011-ben határoznák meg újra.

"Ha és amikor az újradefiniálás megtörténik, akkor azt úgy kell végrehajtani, hogy minimális vagy semmilyen gyakorlati hatása ne legyen más mért mennyiségekkel" - mondja Tran. "Más szavakkal, ha újradefiniálják, hogy biztosítsák a 10 milliomod résznél jobb megállapodást - nem pedig a 20 millimilliárdos megállapodást -, akkor nem látunk azonnal nagyobb változásokat."

A kilogramm jelenlegi formális meghatározása (az 1 kilogrammos prototípus tömege) és a standard laboratóriumok számára történő kísérleti terjesztés alapján a PSL kilogrammjában a bizonytalanság (95 százalékos megbízhatóság) körülbelül 40 milliomodrész az IPK-hoz képest.

Egy milliomodrész kb. Egy oldalon lévő 3/32 hüvelykes négyzet területének aránya, a szabályozott NFL-futballpálya területéhez viszonyítva (beleértve az endzónákat, vagy 120 yardot 53-1/3 yarddal), Tran azt mondja.

A Bureau International des Poids et Mesures (Nemzetközi Súly- és Mérőiroda) által eredetileg javasolt célkitűzés az alternatív kilogrammdefiníciók egyikének megszerzése volt, például kísérleti erőmérés a wattmérlegen (vagy atomok számlálásán a szilícium gömbön)., és levezetve a kilogrammot, a kilogramm prototípus kísérleti méréseihez 20 milliomodrész pontossággal párosul.

Harold Parks, Sandia fizikus egyetért azzal, hogy a kilogramm újradefiniálása elkerülhetetlen, és szerinte van néhány kérdés, amelyet meg kell oldani, mielőtt újra meghatároznák.

"A kilogramm meghatározásának watt-egyensúlyi módszere az elektromos metrológiában van a legérzékenyebb számunkra, és eddig ez a legpontosabb" - mondja. "De más javaslatokat, például a szilíciumkristályban lévő atomok számolásán alapuló javaslatokat fontolgatják."

A wattmérleg egy olyan elképzelésen alapul, amely nagy pontossággal hasonlítja össze az elektromos és mechanikai teljesítményt - mondja.

Meg kell oldani a wattmérleg eredményei és az atomszámlálási kísérletek közötti ellentmondásokat is, mondja Parks.

"A NIST (Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet) watt-egyensúlyi kísérlete elérte a kilogramm újradefiniálásához szükséges pontosságot, de a kísérletet más csoportoknak is meg kell erősíteniük ahhoz, hogy az eredményeket teljes mértékben elfogadják" - mondja.

Tran szerint a kilogramm újradefiniálása csekély hatással lesz az Elsődleges Szabványügyi Laboratóriumra vagy a szélesebb nukleáris fegyverkomplexumra. A labor kidolgozza és fenntartja az elsődleges szabványokat, amelyek nyomon követhetők a nemzeti szabványokhoz, valamint kalibrálja és tanúsítja az ügyfél referencia szabványait.

"Nem befolyásolhatja a PSL-t vagy a komplexumot, ha a nemzetközi metrológiai közösség biztosítja, hogy teljes mértékben figyelembe vegyék a bizonytalanságokat, a kilogramm realizálásához szükséges kísérleti berendezést és a végrehajtási kérdéseket, mielőtt elfogadnák az újradefiniálást" - mondja Tran.

A változásra való felkészülésként a PSL munkatársai naprakészek maradnak a metrológia és a szabványgyakorlatok kutatásában. A személyzet a szabványos tevékenységekben is részt vesz annak érdekében, hogy minden átmenet zökkenőmentes legyen.