Doskonałe kule zdefiniują kilogram?

Podczas ubiegłotygodniowej konferencji SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation specjaliści zachwycali się najbardziej idealnymi kulami znanymi człowiekowi. Dwie takie krzemowe kule zostały wykonane przez Australian Commonwelth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO). Posłużą one do ponownego zdefiniowania kilograma.

Obecnie wzorzec kilograma jest jedyną miarą, która ma swój odpowiednik tylko i wyłącznie w fizycznym obiekcie. Taka metoda definiowania jest jednak daleka od doskonałości. Pierwotny wzorzec zmienia swoją wagę, a każda z jego kopii wykazuje jeszcze inne wahania wagi.
Dlatego też postanowiono, że w 2011 roku Międzynarodowy Komitet Miar i Wag przygotuje nową definicję kilograma. Ma się ona opierać na liczbie atomów krzemu. Jednak, by sprawdzić, ile atomów krzemu mieści się w jednym kilogramie, trzeba je policzyć używając konkretnego obiektu. Stąd też pomysł wyprodukowania idealnych kul.

Było to prawdziwie międzynarodowe przedsięwzięcie. Najpierw w Rosji oczyszczano krzem w centryfugach używanych za czasów ZSRR do oczyszczania uranu. Centryfugi oddzielały od siebie poszczególne izotopy krzemu, dzięki czemu uzyskano wyjątkowo czysty krzem-28. Z Rosji materiał trafił do niemieckiego narodowego instytutu metrologicznego, gdzie próbowano z niego utworzyć gigantyczny kryształ. Po sześciu próbach w końcu się udało. Kryształ przecięto na dwa 5-kilogramowe kawałki i dostarczono do CSIRO. Australijskie Centrum Optyki Precyzyjnej poprosiło o pomoc emerytowanego inżyniera Achima Leistnera, który przez kilkadziesiąt lat zajmował się tworzeniem precyzyjnych kul. Po zakończeniu pracy nad kulami krzemowymi Leistner stwierdził, że to jego najlepsze dzieła.

Precyzja prac rzeczywiście zadziwia. Średnica każdej z kul wynosi 93,75 milimetra, a ich waga odpowiada australijskiemu wzorcowi kilograma. Nierówności na powierzchni kul nie przekraczają 0,3 nanometra, a odchylenie od idealnej krzywizny wynosi 60-70 nanometrów. Leistner mówi, że gdyby kule powiększyć do wielkości Ziemi, to nierówności na jej powierzchni wynosiłyby 12-15 milimetrów, a odchylenie od idealnej krzywizny to 3-5 metrów.

Teraz przez najbliższych kilka lat naukowcy z Włoch, Belgii, Japonii i USA będą liczyli atomy w każdej z kul. To kolejne trudne zadanie. Uczeni użyją optycznych interferometrów i zmierzą szerokość każdej z kul z 60 000 różnych punktów na jej powierzchni. Z kolei specjaliści od krystalografii będą prześwietlali kule promieniami X, by ustalić odległości dzielące poszczególne atomy. Z tak uzyskanych danych każda z grup naukowców wyliczy liczbę atomów krzemu w kulach.

Niektórzy metrolodzy nie zgadzają się z takim definiowaniem kilograma i zamiast tego proponują, by kilogram zdefiniować za pomocą proponowanego przez amerykańskich uczonych z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST), tzw. balansowania wat (watt balance). Umożliwi on zdefiniowanie kilograma w kategoriach pól magnetycznych i sił elektrycznych. Zwolennicy takiego podejścia argumentują, że energię potrafimy mierzyć bardziej precyzyjnie niż właściwości fizyczne. Problem w tym, że dotychczas metoda balansowania wat daje obecnie dwa różne wyniki.

Mariusz Błoński


Wersja do druku

01.07.2008 r.

eBay ma zapłacić 36 mln euro kary, 14:47

Acer, Apple, Dell, i HP pozwani na patent, 14:45

02.07.2008 r.

Allegro: Teraz przez komórkę, 7:48

Najpopularniejsze wirusy czerwca 2008, 10:23