Wzorzec kilograma z Sèvres się zepsuł. Naukowcy zrobią nowy

aktualizacja: 15:30 wyślijdrukuj
fot
Idealna kula krzemu-28 o średnicy 93,75 mm ma ważyć równo kilogram (fot. CSIRO)

Niewielki walec ze stopu platyny z irydem, który od lat leży w Sèvres pod Paryżem, służy za wzorzec kilograma. Niestety, jest niedokładny – z czasem zyskuje i traci na masie. Naukowcy szykują nowy. Będzie to idealna kula z najczystszego kawałka krzemu kiedykolwiek uzyskanego przez człowieka.

Już wcześniej pojawiały się propozycje, by wzorzec kilograma oprzeć na stałych fizycznych, np. określonej liczbie atomów konkretnego izotopu. Naukowcy wskazywali jednak, że pomiar masy za pomocą wagi mimo wszystko jest dokładniejszy niż możliwość policzenia atomów.

Postawili na krzem

Naukowcy znaleźli jednak rozwiązanie – posłużenie się stałą Avogadra, czyli liczbą cząstek w konkretnej ilości danej substancji. Jako substancję wybrano krzem zebrany w kuli, pozostało policzenie liczby atomów w sferze.

Ograniczeniem była konieczność zdobycia materiału wolnego od zanieczyszczeń. Zajęły się tym ośrodki badawcze w wielu krajach. Najpierw w Rosji oczyszczano krzem w wirówkach, w których w czasach ZSRR oczyszczało się uran. Dzięki temu uzyskano izotop krzemu o masie o liczbie atomowej 28.

Potem substancja trafiła do laboratorium w Niemczech, gdzie po sześciu próbach udało się stworzyć gigantyczny kryształ krzemu. Przecięto go na dwa pięciokilogramowe kawałki i wysłano do Australii. Tam wytoczono z nich idealne kule o średnicy 93,75 mm.
Niezwykła precyzja

To nie był koniec prac, pozostała sprawa zanieczyszczeń. Naukowcy z Narodowego Instytutu Badań Metrologicznych z Włoch i Australijskiego Organizacji Nauki i Technologii Nuklearnej zbombardowali kule neutronami i odkryli, że najbardziej zanieczyszczone są one miedzią. Było jej ok. 70 nanogramów na gram, czyli średnio 1 atom miedzi na 3 mld atomów krzemu. W śladowych ilościach odkryto też chrom, kobalt, gal, arsen, brom, lantan, wolfram i złoto.

Po oczyszczeniu otrzymano najczystszy materiał uzyskany kiedykolwiek przez człowieka.

Kule są niezwykle precyzyjne. Nierówności na powierzchni kul nie przekraczają 0,3 nanometra, zaś odchylenie od idealnej krzywizny wynosi 60-70 nanometrów. Gdyby powiększyć je do rozmiarów Ziemi, nierówności na powierzchni wynosiłyby 12-15 mm, zaś odchylenie od idealnej krzywizny to 3-5 m. Już wkrótce oficjalnie kule powinny zastąpić walec o wysokości i średnicy podstawy 39 mm, który wykonano ze stopu platyny (90 proc.) z irydem (10 proc.). Wzorzec znajduje się w sejfie Międzynarodowego Biura Miar i Wag we francuskim Sèvres.

Aby dostać się do sejfu potrzeba, trzech kluczy – jeden znajduje się w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag w Sévres, drugi w Międzynarodowym Komitecie Miar i Wag, a trzeci - we Francuskim Archiwum Państwowym. Od 1889 r. był wyjmowany był trzykrotnie: w roku 1939, 1946 i 1989. Polska ma jedną z oficjalnych kopii, kupiliśmy ją w 1951 r.

Wybrane dla Ciebie