nauki ścisłe
dodano: 2016-09-23
Kilogram do renowacji

Pora na lepszy wzorzec jednostki masy

Obowiązująca od 127 lat definicja kilograma jest dziś prawdziwym reliktem; jako ostatnia w Międzynarodowym Układzie Jednostek Miar odwołuje się do materialnego wzorca, walca ze stopu platyny i irydu o rozmiarach piłki golfowej, który jest przechowywany w sejfie Międzynarodowego Biura Miar i Wag koło Paryża. Bez wątpienia to jeden z najlepiej strzeżonych obiektów na świecie – zamknięty w skarbcu o stabilizowanej temperaturze, przykryty trzema szklanymi kloszami, z których wypompowano powietrze. Najmniejszy pyłek, odrobina wilgoci lub tłuszcz pozostawiony w wyniku dotknięcia palca, a nawet zmiana rozmiarów spowodowana rozszerzalnością cieplną mogłyby zmienić masę walca. Wzorzec zwany Le Grand K wyjmuje się więc tylko raz na 40 lat, aby porównać z nim kopie przechowywane w różnych laboratoriach na świecie. Ale nawet takie środki ostrożności nie pozwoliłyby rozstrzygnąć, czy w razie stwierdzenia rozbieżności powodem jest zmniejszenie masy Le Grand K, czy może zabrudzenie którejś kopii.

To poważny problem dla współczesnej nauki, ponieważ wiele technologii zależy od precyzyjnego pomiaru masy, tłumaczy Stephan Schlamminger, fizyk z National Institute of Standards and Technology. Właśnie dlatego naukowcy od kilkudziesięciu lat próbują zmienić definicję kilograma tak, aby oprzeć ją na stałych charakteryzujących zjawiska w przyrodzie i w ten sposób zagwarantować jej uniwersalność oraz powszechną dostępność.

Zespół Schlammingera ujawnił niedawno znaleziony przez siebie sposób na zdefiniowanie jednostki masy przez odniesienie jej do stałej Plancka, która wyraża zależność pomiędzy częstotliwością fotonu i jego energią powiązaną z masą za pomocą słynnego wzoru Einsteina E=mc2. Zespół z NIST opisał szczegóły proponowanej procedury w artykule opublikowanym w Review of Scientific Instruments. Kluczem jest zastosowanie wyrafinowanego przyrządu zwanego wagą watową.

W największym uproszczeniu, badacze po umieszczeniu na jednej szalce znanej masy równoważą ją, przepuszczając prąd przez ruchomą cewkę zawieszoną w polu magnetycznym. Następnie wykorzystując siłę elektromagnetyczną, mierzą stałą Plancka z dokładnością 34 części na miliard.

Zanim jednak zmienimy ostatecznie definicję kilograma, odnosząc ją do stałej Plancka, inne zespoły muszą wykonać niezależne pomiary i opublikować ich wyniki przed lipcem 2017 roku. Umożliwi to przedyskutowanie zebranych danych podczas zaplanowanej na rok 2018 Generalnej Konferencji Miar i porównanie ich z niezależną metodą wyznaczania stałej Plancka polegającą na liczeniu atomów w kuli z krzemu. Po spełnieniu tych warunków, za pomocą złożonego programu komputerowego zostanie ustalona najlepsza wartość stałej Plancka. Dopiero wtedy Le Grand K zostanie odesłany do Luwru, gdzie zajmie miejsce obok starego wzorca metra i innych historycznych eksponatów.   Knvul Sheikh

 

Więcej w specjalnym wydaniu miesięcznika „Świat Nauki" nr 10/2016 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
06/2017
10/2016 - specjalny
Kalendarium
Maj
29
W 1919 r. obserwacja przesunięcia położenia gwiazd podczas zaćmienia Słońca potwierdziła teorię względności Alberta Einsteina.
Warto przeczytać
Odkrycia Svante Pääbo zrewolucjonizowały antropologię i doprowadziły do naniesienia poprawek w naszym drzewie genealogicznym. Stały się fundamentem, na którym jeszcze przez długie lata budować będą inni badacze

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

dodano: 2016-09-23
Kilogram do renowacji

Pora na lepszy wzorzec jednostki masy

Obowiązująca od 127 lat definicja kilograma jest dziś prawdziwym reliktem; jako ostatnia w Międzynarodowym Układzie Jednostek Miar odwołuje się do materialnego wzorca, walca ze stopu platyny i irydu o rozmiarach piłki golfowej, który jest przechowywany w sejfie Międzynarodowego Biura Miar i Wag koło Paryża. Bez wątpienia to jeden z najlepiej strzeżonych obiektów na świecie – zamknięty w skarbcu o stabilizowanej temperaturze, przykryty trzema szklanymi kloszami, z których wypompowano powietrze. Najmniejszy pyłek, odrobina wilgoci lub tłuszcz pozostawiony w wyniku dotknięcia palca, a nawet zmiana rozmiarów spowodowana rozszerzalnością cieplną mogłyby zmienić masę walca. Wzorzec zwany Le Grand K wyjmuje się więc tylko raz na 40 lat, aby porównać z nim kopie przechowywane w różnych laboratoriach na świecie. Ale nawet takie środki ostrożności nie pozwoliłyby rozstrzygnąć, czy w razie stwierdzenia rozbieżności powodem jest zmniejszenie masy Le Grand K, czy może zabrudzenie którejś kopii.

To poważny problem dla współczesnej nauki, ponieważ wiele technologii zależy od precyzyjnego pomiaru masy, tłumaczy Stephan Schlamminger, fizyk z National Institute of Standards and Technology. Właśnie dlatego naukowcy od kilkudziesięciu lat próbują zmienić definicję kilograma tak, aby oprzeć ją na stałych charakteryzujących zjawiska w przyrodzie i w ten sposób zagwarantować jej uniwersalność oraz powszechną dostępność.

Zespół Schlammingera ujawnił niedawno znaleziony przez siebie sposób na zdefiniowanie jednostki masy przez odniesienie jej do stałej Plancka, która wyraża zależność pomiędzy częstotliwością fotonu i jego energią powiązaną z masą za pomocą słynnego wzoru Einsteina E=mc2. Zespół z NIST opisał szczegóły proponowanej procedury w artykule opublikowanym w Review of Scientific Instruments. Kluczem jest zastosowanie wyrafinowanego przyrządu zwanego wagą watową.

W największym uproszczeniu, badacze po umieszczeniu na jednej szalce znanej masy równoważą ją, przepuszczając prąd przez ruchomą cewkę zawieszoną w polu magnetycznym. Następnie wykorzystując siłę elektromagnetyczną, mierzą stałą Plancka z dokładnością 34 części na miliard.

Zanim jednak zmienimy ostatecznie definicję kilograma, odnosząc ją do stałej Plancka, inne zespoły muszą wykonać niezależne pomiary i opublikować ich wyniki przed lipcem 2017 roku. Umożliwi to przedyskutowanie zebranych danych podczas zaplanowanej na rok 2018 Generalnej Konferencji Miar i porównanie ich z niezależną metodą wyznaczania stałej Plancka polegającą na liczeniu atomów w kuli z krzemu. Po spełnieniu tych warunków, za pomocą złożonego programu komputerowego zostanie ustalona najlepsza wartość stałej Plancka. Dopiero wtedy Le Grand K zostanie odesłany do Luwru, gdzie zajmie miejsce obok starego wzorca metra i innych historycznych eksponatów.   Knvul Sheikh