Стойността на единицата маса вече няма да зависи от обект, а от константа на природата

Килограм портокали, захар или полворони, по дефиниция тежи същото, колкото платинено-иридиевият цилиндър, държан под няколко защитни качулки и заключен с три ключа в мазето на павилиона Бретей в покрайнините на Париж. Този международен прототип от килограм (IPK), използван за калибриране на официалните стандарти на единицата за маса, обявява този петък оттеглянето си след 129 години служба. На последната сесия на 26-ата Генерална конференция за теглилки и мерки, проведена този петък във Версай, 60-те държави членки единодушно гласуваха за предефиниране на килограма: от следващата година единицата за маса няма да бъде физически обект, а стойност извлечени от константа на природата. Тази промяна няма да има никакво отражение върху кошницата за пазаруване, нито ще бъде забелязана ежедневно, но може да бъде много важна в научните области като разработването на лекарства.

новата

ПОВЕЧЕ ИНФОРМАЦИЯ

„Историята на науката се прави. Това ще бъде разказано в учебниците ”, каза Жозе Мануел Бернабе, директор на Испанския център по метрология и делегат от Испания на конференцията. Сглобените метролози, експерти в областта на измерването на величините, са прекарали години в подготовката на промяната в Международната система от единици, която ще включва предефиниции на мола, келвина и ампера, така че тези единици да се базират и на универсални константи.

Килограмът получава специално внимание, защото е последната основна единица, чиято дефиниция все още зависи от големината на физически обект. И това е проблем, посочват учените, защото обектът не е неизменен. През миналия век масата на IPK варира. Той все още е килограм, тъй като по споразумение не може да има несигурност в стойността му, но по отношение на масата на други килограми, той варира със стойности от поне 50 микрограма (милионни части от грам). Това е така, защото цилиндърът може да се замърси с въздушни частици и да загуби малки количества материал при почистване.

„Преди всичко сме облекчени, че решението е взето“, казва Стюарт Дейвидсън, ръководител на масовата метрология в Националната физическа лаборатория на Обединеното кралство (NPL), един от центровете, най-ангажирани с предефинирането на килограма.

Микрограмите не оказват влияние върху закупуването на плодове или полворони, но те трябва да бъдат взети предвид по време на синтеза на нови лекарства, например. При физическите изследвания подобни колебания са „непоносими“. Както обяснява Бернабе, с това решение "се полагат основите на новата наука, такава с по-малко несигурност за развитието на технологиите".

„Преди всичко сме облекчени, че решението е взето“, казва Стюарт Дейвидсън, ръководител на масовата метрология в Националната физическа лаборатория на Обединеното кралство (NPL), един от центровете, най-ангажирани с предефинирането на килограма. „Има хора, които работят върху това през целия си професионален живот. Сега можем да се съсредоточим върху подобряване на технологията и точността на нашите измервания “, добавя той.

Друг стимул за премахване на IPK е опасността цилиндърът да бъде повреден или деформиран. Измервателният уред, който преди е бил с дължината на платинена лента, вече е предефиниран през 1983 г., за да се избегнат тези проблеми. Чрез задаване на скоростта на светлината - постоянна във вакуум - на универсална цифрова стойност, метролозите се съгласиха да нарекат измервателния уред „разстоянието, което светлината изминава за 1/299 792 458 секунди“. Всяка лаборатория, способна да измерва точно течението на времето, може да калибрира своя собствен метър бар.

Революция в измерването

Стойността на килограма ще бъде получена от константата на Планк благодарение на баланса на мощността

Същото ще се случи и с килограма, когато одобрените промени влязат в сила на 20 май 2019 г., годишнината от Договора за метрото от 1875 г. ". 20 май 2019 г. ще видим най-голямата революция в измерванията от Френската революция", увери нобеловият лауреат Бил Филипс от сцената. Вместо скоростта на светлината, неподвижната фигура, избрана за определяне на единица маса, е константата на Планк, стойност, която описва пакетите енергия, излъчвани като радиация. Одобряването на тази дефиниция за килограм отнема години, за да се получи, тъй като доскоро не съществуваха технологични средства за прилагането му на практика. Сега, благодарение на устройство, наречено баланс на вата (понякога баланс на килограми или баланс на мощността), стандартите на известния килограм могат да бъдат калибрирани спрямо стойността на константата на Планк.

Балансът на Уат наподобява везна за тиган, но обектът, който трябва да се претегли, не е балансиран с друга маса, а с електромагнитна сила. Мощността се изчислява от стойността на електрическия ток, прилаган за генерирането му, и стойността на константата на Планк, и двете известни. Когато достигне равновесие с теглилката, тя позволява калибриране на стандартите за маса с най-малката грешка, постигната до момента (за един килограм грешката е около 20 микрограма).

Елегантността на промяната в международната система е, че в бъдеще може да се разработи по-усъвършенствана технология, която дава възможност да се извлече стойността на килограм - от константата на Планк - с още по-голяма точност от тази, постигната от баланса, без дефиницията трябва да бъде променена. Някои учени предлагат да се определи килограмът, като се използва константата на Авогадро, която свързва броя на атомите или молекулите с масата на пробата, вместо на Планк. Консенсусът беше да се постигне емпирично ниво на точност, което позволява използването на фиксирани цифри на двете константи, за да се получи една и съща числена стойност на килограма.

Константата на Авогадро, от чиято стойност зависи и новата дефиниция на мола, е фиксирана чрез измерване на броя на атомите в перфектна сфера от силиций. Очаква се през следващите години всички експериментални стойности на килограмите да се сближат, тъй като грешката на различните измервателни устройства намалява. „Експериментите се подобриха много през последните години. Те никога няма да съвпадат точно, но сега е подходящо време за промяна “, казва Дейвидсън.

Какво ще стане с платинено-иридиевия цилиндър, съхраняван в мазето на Международното бюро за теглилки и мерки? "Ще продължи да съществува", потвърждава Бернабе: "Но това ще бъде още един модел, с несигурност, която може да бъде изчислена".

В допълнение към килограма, 60-те членове с право на глас също одобриха предефинирането на три други единици въз основа на неизменни универсални константи. По този начин амперът (който измерва електрически ток) ще бъде изчислен въз основа на елементарния заряд; келвинът (температурата) ще бъде измерен, като се гледа константата на Болцман; и молът (количеството вещество) е фиксиран като функция от константата на Авогадро.