WIIKI.RU: Вакуум – основа для переопределения килограмма

Физика - это область естествознания, наука. Она изучает самые общие и фундаментальные закономерности, которые определяют структуру и эволюцию материальн... читать далее »

Новости по Физике

24.10.2013 16:27

Вакуум – основа для переопределения килограмма. Физика.

Из всех условных единиц, в настоящее время использующихся во всем мире, килограмм (официальная единица массы в Международной системе единиц (СИ)) - это единственная мера, которая по-прежнему полагается на физику объекта для его характеристики.

Однако в настоящее время необходим пересмотр этого устаревшегоподхода, так как для некоторых исследований нужны измерения массы в вакууме. Патрик Эбботт (Patrick Abbott), ученый из Национального института стандартов и технологий в Гейтерсберге (штат Мэриленд, США) представит обзор попыток, предпринятых исследователями в области вакуумных технологий, по пересмотру определения килограмма на 60-ой Международном симпозиуме и выставке AVS, которая будет проходит с 27 октября по 1 ноября этого года в Лонг-Бич, Калифорния.

Эбботт также расскажет о новое разработке его команды, которая позволяет напрямую сравнивать объекты, взвешенные в вакууме и вне него. «Этот проект – единственный в мире, - говорит Эбботт. – И мы считаем, что он будет иметь решающее значение в точном переопределении килограмма».

Эталон данной единицы массы, который называется «Международный прототип килограмма», хранится в Международном бюро мер и весов, недалеко от Парижа и служит стандартом, с которым сравниваются все национальные прототипы вот уже в течение 125 лет. Расхождения между национальными образцами и эталоном растут на 0, 050 мг каждые лет. И никто не знает, в чем причина.

«Не совсем ясно, становится ли эталон легче или национальные прототипы тяжелее», - говорит Эбботт. Потеря массы из-за износа маловероятна, так как эталон почти никогда не вынимают из хранилища. Чтобы избавиться от этой проблемы, в 2007 году на Международной ассамблее метрологов было решено, что вместо прототипа будет использоваться нечто более надежное – природная постоянная.

В конце концов, метрологи выбрали постоянную Планка, которая описывает взаимосвязь между энергией фотона и частотой света, который он излучает. Его значение было измерено с относительной погрешностью между 30×10-9 и 35×10-9. Тем не менее, чтобы достичь соглашения между нынешней системой и константой Планка, исследователям необходимо добиться, чтобы относительная погрешность приблизилась к показателю 20×10-9. И чтобы получить более точные измерения, ученым понадобиться ультрасовременная технология - метрология в вакууме.

В настоящее время исследователи используют два типа опытов по измерению постоянной Планка, и для обоих нужен вакуум. Один способ заключается в том, чтобы определить количество атомов в кремниевой сфере высокой чистоты с номинальной массой в 1 кг. Другой, называемый ваттовыми весами, измеряет постоянную с помощью «виртуального» сравнения механической энергии с электромагнитной силой. Вакуум обеспечивает отсутствие каких-либо частиц в воздухе и уменьшает погрешность некоторых измерений, проводимых лазерной интерферометрией.

Исследователи по всему миру работают над поисками материала, который лучше всего подойдет для измерения постоянной Планка при помощи ваттовых весов. Также усилия направлены на то, чтобы определять достаточный уровень вакуума для точных результатов, а также, чтобы этот вакуум было не слишком трудно создать и поддерживать. По словам Эбботта, на настоящий момент можно сказать, что новое определение килограмма будет сформировано только к 2018 году.

Хотя многие ученые сейчас работают над усовершенствованием технологии измерения постоянной Планка, команда ученых во главе с Эбботтом выходят за рамки просто переопределения единицы массы, пытаясь сделать измерения практичными. Эбботт и его коллеги работают над созданием системы, которая объединит интерфейсы вакуумных и воздушных измерений с помощью магнитной подвески. Установка обеспечит возможность непосредственного сравнения массы эталонного килограмма в вакууме и массы образца, находящегося в воздухе в обычном помещении.

По материалам пресс-релиза Американского института физики.

Источник