Der internationale Prototyp (Standard) des Kilogramms wird beim Internationalen Büro für Gewichte und Maße (in Sèvres bei Paris) gelagert und ist ein Zylinder mit einem Durchmesser und einer Höhe von 39,17 mm aus einer Platin-Iridium-Legierung (90% Platin, 10% Iridium). Ursprünglich wurde ein Kilogramm als die Masse eines Kubikdezimeters (Liter) reinen Wassers bei 4 ° C und des normalen atmosphärischen Drucks auf Meereshöhe definiert.
Warum wurde es schwerer?
Unter Verwendung der einzigartigen Theta-Sensing-Technologie analysierten Prof. Peter Cumpson und Dr. Naoko Sano von der Universität Newcastle die Oberfläche des Standards und stellten fest, dass das Kilogramm des internationalen Prototyps (Standard) die Kohlenwasserstoffkontamination auf seiner Oberfläche quantifizierte. Ihre Forschung zeigt, dass der Internationale Prototyp (Standard) des Kilogramms seit Einführung des Standards im Jahr 1875 wahrscheinlich mehrere zehn Mikrogramm an Masse zugenommen hat. Da dies jedoch ein Kilogramm ist, dem alle Kilogramm der Welt entsprechen müssen, werden im theoretischen Sinne zumindest alle Kilogramm auch technisch schwerer sein.
Während eine Erhöhung der Kilogramm-Referenz um einige zehn Mikrogramm unbedeutend erscheinen mag, argumentiert Peter Cumpson, dass jede Diskrepanz zwischen dem Internationalen Prototyp (Referenz) für das Kilogramm und seinen Replikanten problematisch sein kann. "Es gibt Fälle des internationalen Handels mit hochwertigen Materialien, in denen jedes letzte Mikrogramm berücksichtigt werden muss." Akkumulierte Kohlenwasserstoffe können durch Einwirkung einer Mischung aus ultravioletten Strahlen und Ozon entfernt werden.
Die Situation wird durch die Tatsache kompliziert, dass weltweit 39 genaueste Kopien des in Paris gelagerten Referenzkilogramms gespeichert sind, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in verschiedene Länder der Welt geschickt wurden, um ein einheitliches System von Maßen und Gewichten aufrechtzuerhalten. Nach Ansicht einer Reihe von Wissenschaftlern unterscheiden sie sich aufgrund der klimatischen und anderen Bedingungen, die in verschiedenen Teilen des Planeten herrschen, zunehmend im Gewicht voneinander.
"Die Industrialisierung in der Welt und die Funktionsweise der modernen Gesellschaft haben dazu geführt, dass die Oberfläche des Referenzkilogramms eine Plakette in Form zusätzlicher Partikel erhalten hat", sagt ein Forschungsteam der Universität Newcastle. - Das Weltstandard-Gewichtssystem droht jetzt Chaos zu verursachen. Wir waren entsetzt, als wir sahen, dass sich Quecksilberpartikel auf der Oberfläche eines der 40 in Großbritannien gelagerten Referenzkilogramm angesammelt hatten “, sagte Projektmanager Professor Peter Campson.
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Nach den in der Veröffentlichung eingegangenen Informationen wird nun die Frage diskutiert, wie eine spezielle "Staubreinigung" der Oberflächen aller 40 Referenzkilogramm durchgeführt werden kann, um ihnen ein einziges Gewicht zurückzugeben.
Auf einer Konferenz der Royal Society of Science in London am 24. und 25. Januar schlug Richard Davis, ehemaliger Leiter der Massenabteilung des Internationalen Büros für Gewichte und Maße (in der Stadt Sèvres in der Nähe von Paris) vor, die Definition zu mildern. Als vorübergehende Maßnahme vor der Neudefinition der "Kilogrammmasse" schlug er vor, die umstrittenen Massen zu mitteln. Wenn also die Ergebnisse von zwei Experimenten unterschiedlicher Art bei der Bestimmung der Masse nicht ganz übereinstimmen, sollten sie einfach gemittelt und der resultierende Wert als neuer Standard deklariert werden, zitiert ein Vorschlag des Wissenschaftlers Nature News.
Dieser Plan hat jedoch viele Gegner. "Die Entscheidung, einfach zwei inkonsistente Ergebnisse zu mitteln, wäre mathematisch vollkommen korrekt, aber dies ist kein wissenschaftlicher Ansatz", sagte Michael Hart, Physiker an der Universität von Manchester.
Die Befürworter der Mittelung sehen darin einen Weg nach vorne. „Idealerweise möchten wir eine perfekte Messkonvergenz erreichen. Wenn dies jedoch nicht funktioniert, müssen Sie einen mathematischen Ansatz verwenden “, sagte Terry Quinn, ehemaliger Direktor des International Bureau of Weights and Measures. Er betont, dass die fraglichen Unterschiede zu gering sind, um echte Probleme für die praktische Anwendung der Maßnahme zu schaffen.
Dieser Unterschied ist auf lange Sicht ein ernstes Problem, da nicht beurteilt werden kann, ob die Kopien schwerer werden oder umgekehrt die Referenz leichter ist.
Daher planen Wissenschaftler seit langem, den "materiellen" Standard des Kilogramms zu ersetzen und ihn in unveränderlichen Konstanten der Physik auszudrücken, die mit hoher Genauigkeit bestimmt werden und sich nicht ändern. Wenn dies gelingt, bleibt die Masse des Kilogramms so unverändert wie die Gesetze des Universums.
Wissenschaftler verwenden zwei Ansätze, um den genauen Ausdruck für das Kilogramm zu finden: Zum einen wird die Masse des Kilogramms mithilfe elektrischer und magnetischer Felder bestimmt, und zum anderen versuchen sie, sie als Plancksche Konstante auszudrücken, eine der Grundgrößen der Quantenmechanik.
Die zweite Methode beinhaltet die direkte Neuberechnung der Anzahl der Atome in einer kristallinen Siliziumkugel. Dieses Ergebnis ermöglicht die Neudefinition des Kilogramms in Bezug auf die Avogadro-Konstante, die die Anzahl der Moleküle pro Mol Materie darstellt und tatsächlich die Atommasse eines Elements mit der Masse eines makroskopischen Körpers in Beziehung setzt.
In den letzten Jahren wurden Messungen mit beiden Methoden mit einer Genauigkeit von 30 ppb durchgeführt - dies ist die Grenze der genauesten Messungen der Masse eines Platin-Iridium-Zylinders. Die Ergebnisse der beiden Arten von Experimenten weichen jedoch um 175 Milliarden Aktien ab - dies ist aus methodischer Sicht viel vernünftiger.
Dies erlaubt keine offizielle Neudefinition des Kilogrammmaßes, da die Gründe für die Diskrepanz unklar sind und noch nicht beseitigt werden können. Aus diesem Grund wurde ein Vorschlag zur elementaren Mittelung zweier Berechnungen und zu einer solchen mathematischen Neudefinition des Kilogramms gemacht.
Die Aufgabe, den Massenstandard neu zu definieren, wird mit der Zeit immer akuter. „Je länger wir warten und uns beraten, desto größer ist die Massendrift zwischen dem ursprünglichen Standard und seinen Nachbildungen. Dann können wir uns überhaupt nicht darauf einigen, welche Masse als Referenz angesehen werden soll. Die Situation sieht fast verrückt aus “, gibt Quinn zu.
Bisher waren sich Wissenschaftler einig, dass Siliziumatome aufgrund ihrer Stabilität ideal für das Projekt sind. Unter normalen Bedingungen werden sie fast nie zerstört und jeder Schaden kann leicht berechnet werden. "Wir wollen ein Kilogramm basierend auf der Masse eines Atoms neu definieren, wir wollen die Atome in einem Kilogramm eines bestimmten Kristalls zählen", sagte Professor Peter Becker. alles ist sehr einfach". Wissenschaftler aus vielen Ländern, einschließlich Russland, beteiligen sich an der Herstellung des Standards. 2 Millionen Euro wurden für die Herstellung einer Siliziumkugel ausgegeben, die fast 5 Jahre lang hergestellt wurde. Laut Projektmanager haben Physiker bereits berechnet, wie viele Siliziumatome in einem kg enthalten sein sollen, und begonnen, sich "zusammenzusetzen"obwohl dieser Standard nicht ganz genau sein wird, weil Wissenschaftler bisher keinen Standard im wörtlichen Sinne der Atome "zusammenstellen" können.
Der Produktionsverband "Elektrochemisches Werk" in Zelenogorsk im Gebiet Krasnojarsk wird Rohstoffe liefern, um einen neuen internationalen Standard für das Kilogramm zu schaffen - eine ideale Kugel aus einem Einkristall aus Silizium-28-Isotop, teilte der Pressedienst des Unternehmens Interfax mit.
Der Standard wird in Form einer idealen Kugel aus einem Einkristall aus Silizium-28-Isotop hergestellt.
Der Kristall wird am Institut für Kristallwachstum in Deutschland aus polykristallinem Silizium gezüchtet, das am Institut für Chemie hochreiner Substanzen in Nischni Nowgorod gewonnen wurde. Der ursprüngliche Rohstoff für den Standard - Siliciumtetrafluorid - wurde von Zelenogorsk ECP geliefert.
