Після новорічних канікул багато хто скаржиться на збільшення у вазі. Виявляється, ті ж самі проблеми є навіть у еталона кілограма.

Згідно з даними професора Пітера Кампсона і доктора Наоко Сано з університету Ньюкасла, опублікованими в журналі Metrology (Метрологія), еталон кілограма додає в середньому близько 50 мікрограмів за сто років, що в підсумку може істотно відбитися на дуже багатьох фізичних величинах.

Наука і життя // Ілюстрації

<

>

Найголовніший кілограм є циліндр діаметром і висотою 39 мм, що складається зі сплаву платини та іридію (90% платини і 10% іридію). Він був відлитий в 1889 році і зберігається в сейфі в Міжнародному бюро мір і ваг в місті Севр поблизу Парижа. Спочатку кілограм визначався як маса одного кубічного дециметра (літри) чистої води при температурі 4 ° C і стандартному атмосферному тиску на рівні моря.

З еталона кілограма спочатку було зроблено 40 точних копій, які розійшлися по всьому світу. Дві з них знаходяться в Росії, в ВНДІ метрології ім. Менделєєва. Пізніше була відлита ще одна серія реплік. Платина в якості основного матеріалу для еталона була обрана тому, що відрізняється високою стійкістю до окислення, високою щільністю і низькою магнітною сприйнятливістю. Еталон і його репліки використовуються для стандартизації маси в самих різних галузях. У тому числі і там, де мікрограми мають істотне значення.
Кілограм - єдина одиниця СІ, яка до сих пір визначається за допомогою еталона . Всі інші заходи (метр, секунда, градус, ампер і т. Д.) Можуть бути визначені з необхідною точністю в фізичній лабораторії. Кілограм входить в визначення інших величин, наприклад, одиниця виміру сили - ньютон, яка визначається як сила, що змінює за 1 секунду швидкість тіла масою 1 кг на 1 м / с в напрямку дії сили. Від величини ньютона залежать інші фізичні величини, так що в підсумку ланцюжок може привести до зміни значення багатьох фізичних одиниць.

Фізики вважають, що коливання маси еталона стали результатом атмосферних забруднень і зміни хімічного складу в поверхні циліндрів. Незважаючи на те, що еталон і його репліки зберігаються в спеціальних умовах (див. Фото), це не рятує метал від взаємодії з навколишнім середовищем. Точна вага кілограма встановили за допомогою рентгенівської фотоелектронної спектроскопії. Виявилося, що кілограм «поправився» на майже 100 мкг.
Разом з тим, копії еталону з самого початку відрізнялись від оригіналу і їх вага змінюється також по-різному. Так, головний американський кілограм спочатку важив на 39 мікрограмів менше еталона, а перевірка в 1948 році показала, що він збільшився на 20 мкг. Інша американська копія навпаки, втрачає у вазі. У 1889 році кілограм під номером 4 (К4) був на 75 мкг менше еталона, а в 1989 вже на 106.
Згідно з правилами, еталони небажано піддавати механічному тертю, а з урахуванням того, що різні репліки спочатку дещо відрізнялися за масою, оцінити вплив очищення досить складно. Щоб максимально стандартизувати процедуру, фізики розробили щадний спосіб очищення поверхні з використанням УФ-опромінення. Поки що досліди проводилися тільки на платинової і золотій фользі, забрудненої машинним маслом. Для видалення бруду поверхню промивається метиловим спиртом, потім чистою водою, а потім настає черга газової очистки з використанням озону та ультрафіолетового опромінення. Схожі технології використовуються для очищення поверхонь напівпровідників.
Виявилося, що таке очищення не пошкоджує платинову і золоту поверхні. Було відзначено незначне утворення оксидів на поверхні, але на вазі зразків це не позначилося, так як сполуки поступово розпадалися на метал і газоподібний кисень.
Інше рішення проблеми зайвої ваги для еталонного кілограма запропонували учасники 24-ї Генеральної конференції з мір та ваг, яка відбулася в 2011 році. Ідея полягає в тому, щоб визначити його вагу по відношенню до маси атома кремнію або через постійну Планка. Зокрема, передбачається, що СІ стане системою одиниць, в якій значення постійної Планка h буде зафіксовано і одно 6,626 06X • 10-34 Дж • c (тут Х - замінює одну або більше значущих цифр, які ще належить визначити). Результатом цього повинна з'явитися скасування нині діючого визначення кілограма і прийняття нового.
Якщо кремній витримає серію випробувань, які підтвердять, що він придатний для використання в якості еталону, то вже в 2014 році може з'явитися новий ідеальний кілограм.
На фото: Еталон кілограма з Міжнародного бюро мір і ваг (wikipedia.org).