«Самый круглый в мире объект» может стать новой мерой килограмма

В мире, где всё стремится стать лучше, быстрее, выше и сильнее, учёные из австралийского Проекта Авогадро ^[1] достигли новой вершины: создали самый круглый в мире объект.

Сделали они это не ради самого факта, а в попытке решить "проблему килограмма ^[2]". В отличие от прочих мер, которые теоретически могут быть измерены где угодно благодаря различным физическим законам и свойствам, килограмм всё ещё остаётся привязанным к конкретному физическому объекту: цилиндру из сплава платины и иридия ^[3], созданному в 1889 году.

Например, «метр» можно определить как дистанцию, проходимую светом за крошечную долю секунды ^[4]. В свою очередь, «секунда» может быть измерена с помощью полураспада атома. «Килограмм» же до сих пор измеряется как физическая масса образца, спрятанного в безопасном хранилище Парижской Палаты Мер и Весов ^[5].

По никому неизвестным причинам, и вопреки всевозможным предосторожностям, масса эталонного цилиндра со временем изменяется. Иными словами, сегодня килограмм-образец весит меньше, чем после своей выплавки 125 лет назад. Это подтверждается на основании сравнений с 40 образцами-копиями этого цилиндра, хранящимися в разных странах.

Для решения проблемы создания неизменного эталона килограмма, Австралийский Центр Точной Оптики ^[6], в котором базируется Проект Авогадро, создал почти идеальную сферу из кремния очень высокой чистоты и стабильности. Вычислив размер и вес сферы, учёные могут определить точное количество атомов кремния в ней, тем самым создав неизменный во времени эталон массы.

Учёные решили придать эталону форму сферы ^[7], потому что она лишена углов и краёв, которые могут быть повреждены, к тому же сфера имеет лишь один параметр — диаметр — который нужно измерить для вычисления её объёма.

Изготовление сферы проходило в несколько этапов. Сначала в России, с помощью центрифуг для обогащения урана, был получен очень чистый изотоп кремния-28. Партия этого материала была отправлена в Германский Национальный Институт Метрологии, где из него, после шести неудачных попыток, вырастили цилиндрический кристалл без дефектов. Далее он был разрезан на части по 5 кг и отправлен в Австралию.

Для придания кремниевым цилиндрам сферической формы, австралийцы использовали два вращающихся ротора, которыми вручную постепенно шлифовали заготовку. Этот процесс занял несколько месяцев. После чего проводились компьютерные измерения с помощью лазера, а обнаруженные неровности убирались целенаправленно.

Если увеличить эту сферу до размеров Земли, то на её поверхности будет рябь глубиной 12-5 мм и диаметром 3-5 м.

Справедливости ради нужно упомянуть и другой метод создания эталона килограмма, так называемый "ваттный баланс ^[8]" (watt balance). Суть метода заключается в том, что специальная установка высчитывает силу, которая необходима для противовеса грузу в один килограмм, и определяет, сколько это составляет ватт электроэнергии.

Автор: misha_fadeev

Источник ^[9]