fbTrack
REKLAMA
REKLAMA

Nauka

Kilogram krzemowej kuli – nowy wzorzec wagi

Idealny krzemowy wzorzec wykonany przez Achima Leistnera
CSIRO
W przyszłym roku do zdefiniowania jednostki wagi ma posłużyć najczystszy materiał, jaki dotąd stworzył człowiek.

Pierwsza definicja kilograma została ustalona w 1889 r. podczas 1. Generalnej Konferencji Miar (Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM). Pierwotnie odnoszono się do jednego litra wody o temperaturze 4 °C. 3. Konferencja doprecyzowała te parametry. 1 kilogram ważył litr wody destylowanej o temperaturze 3,98 °C przy ciśnieniu 1 atm = 760 mm Hg (1013,25 hPa).

Obecnie modelem kilograma jest walec o wysokości i średnicy podstawy 39 mm. Wykonano go ze stopu platyny z irydem w proporcjach 9:1. Oryginał przechowywany jest w sejfie Międzynarodowego Biura Miar i Wag w Sevres koło Paryża.

W przyszłym roku ma pojawić się nowy wzorzec – idealna sfera – czysty kawałek krzemu. Jak każdy materiał, z czasem może zmieniać masę, dlatego kilogram będzie zdefiniowany przy użyciu stałej Plancka i stałej fizycznej Avogadro (liczbowo równej ilości cząstek zawartych w jednym molu).

Do policzenia ilości cząstek w krzemowej kuli potrzebny jest wyjątkowo czysty materiał. Dopiero wówczas będzie można określić, ile atomów krzemu mieści się w kilogramie.

Wykonanie nowego wzorca rozpoczęto w Rosji. Najpierw należało odpowiednio przygotować surowiec. Zastosowano znaną jeszcze z czasów ZSRR metodę wirowego oczyszczania uranu, by pozostał tylko jeden izotop – krzem=28. Następnie materiał przewieziono do Niemiec, gdzie wykonano kryształ. Podzielono go na dwa 5-kilogramowe kawałki i dostarczono do Australijskiego Centrum Optyki Precyzyjnej (CSIRO).

Jedyną osobą, która mogła poradzić sobie z oszlifowaniem kryształu, wydawał się być emerytowany inżynier Achim Leistner, specjalista od tworzenia precyzyjnych kul. Sam przyznał później, że to zadanie było dla niego dziełem życia.

Średnica obu kul wynosi 93,75 mm, a waga odpowiada australijskiemu wzorcowi kilograma. Nierówności na powierzchni sfer nie przekraczają 0,3 nanometra, a odchylenie od idealnej krzywizny to 60–70 nanometrów.

– Gdyby powiększyć kule do wielkości Ziemi, to nierówności na jej powierzchni wynosiłyby 12–15 milimetrów, a odchylenie od idealnej krzywizny – 3–5 metrów – twierdzi Leistner.

Na ostatnim etapie poszukiwano 65 substancji, które mogą zanieczyszczać idealny model. Znaleziono 70 nanogramów miedzi na gram materiału, a także mikroślady chromu, kobaltu, galu, arsenu, bromu, lantanu, wolframu i złota. To badanie udowodniło, że mamy do czynienia z najczystszym materiałem, jaki kiedykolwiek został wykonany rękami człowieka.

Źródło: Rzeczpospolita
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
NAJNOWSZE Z RP.PL
REKLAMA
REKLAMA