Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Научное сообщество было рассмотрено несколько альтернативных подходов к переопределению килограмма до принятия решения о переосмыслении базовых единиц СИ в ноябре 2018. Каждый подход имел свои преимущества и недостатки.

До переопределения килограмм и несколько других единиц СИ, основанных на килограмме, определялись искусственным металлическим объектом, называемым международным прототипом килограмма . [1] По общему мнению, старое определение килограмма должно быть заменено.

Система SI после переопределения 2019 года: килограмм теперь фиксируется в единицах секунды , метра и постоянной Планка.

Международный комитет мер и весов (CIPM) одобрил новое определение основных единиц СИ в ноябре 2018 года, которое определяет килограмм, определяя постоянную Планка как6,626 070 15 × 10 -34  kg⋅m 2 ⋅s -1 . Этот подход эффективно определяет килограмм в единицах секунды и метра и вступил в силу 20 мая 2019 года. [1] [2] [3] [4]

В 1960 году метр, ранее аналогичным того , было определено со ссылкой на одной платиновой иридия бар с двумя метками на нем, была пересмотрена в терминах инвариантной физической константы (длина волны определенного излучения света , излучаемого криптоном , [5 ], а затем скорость света ), чтобы эталон можно было независимо воспроизвести в разных лабораториях, следуя письменной спецификации.

На 94-м заседании Международного комитета мер и весов (CIPM) в 2005 г. было рекомендовано сделать то же самое с килограммом. [6]

В октябре 2010 года МК проголосовали представить резолюцию для рассмотрения на Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM), чтобы «принять к сведению намерения» , что килограммовый быть определены в терминах постоянная Планка , ч (который имеет размеры энергии, умноженной на время) вместе с другими физическими константами. [7] [8] Эта резолюция была принята 24-й конференцией CGPM [9] в октябре 2011 г. и дополнительно обсуждена на 25-й конференции в 2014 г. [10] [11]Хотя Комитет признал , что значительный прогресс был достигнут, они пришли к выводу , что данные еще не появляются достаточно прочными , чтобы принять пересмотренное определение, и что следует продолжать работу , с тем чтобы принять на заседании 26 - го, запланированный на 2018. [10] Такой определение теоретически позволило бы использовать любой прибор, способный определять килограмм в терминах постоянной Планка, при условии, что он обладает достаточной точностью, точностью и стабильностью. Kibble баланс является одним из способов сделать это.

В рамках этого проекта на протяжении многих лет рассматривались и изучались самые разные технологии и подходы. Некоторые из этих подходов были основаны на оборудовании и процедурах, которые позволили бы воспроизводимое производство новых прототипов килограммовой массы по запросу с использованием методов измерения и свойств материалов, которые в конечном итоге основаны на физических константах или прослеживаются к ним. Другие были основаны на устройствах, которые измеряли либо ускорение, либо вес настраиваемых вручную килограммовых контрольных масс и выражали их величины в электрических терминах с помощью специальных компонентов, которые позволяют прослеживать физические константы. Такие подходы зависят от преобразования измерения веса в массу и, следовательно, требуют точного измерения силы тяжести.в лабораториях. Все подходы точно фиксировали бы одну или несколько констант природы на определенном значении.

Баланс крупы [ править ]

В НИСТОЙ Kibble баланс является проектом правительства США разработать «электронный килограмму». Сверху виден купол вакуумной камеры, который опускается над всем аппаратом.
Основная статья: Баланс Kibble

Kibble баланс (известный как «ватт баланс» до 2016 года) является по существу одним сковорода весами , которые измеряют электроэнергии , необходимые , чтобы противостоять весу испытываемых килограмм массы , как это вытягиваются под действием силы тяжести Земли. Это вариант баланса ампер с дополнительным шагом калибровки, который устраняет влияние геометрии. Электрический потенциал в Кибла баланса очерчен с помощью стандартного напряжения Джозефсона , что позволяет напряжениям быть связанно с инвариантной константой природы с чрезвычайно высокой точностью и стабильностью. Сопротивление цепи откалибровано по квантовому эффекту Холла. эталон сопротивления .

Весы Kibble требуют чрезвычайно точного измерения местного ускорения свободного падения g в лаборатории с помощью гравиметра . Например, когда высота центра гравиметра отличается от возвышения близлежащей испытательной массы на весах Киббла, NIST компенсирует градиент силы тяжести Земли 309 мкГал на метр, что влияет на вес испытательной массы в один килограмм примерно на 316 мкг / м.  

В апреле 2007 года реализация весов Киббла в NIST продемонстрировала комбинированную относительную стандартную неопределенность (CRSU) 36  мкг. [12] [Примечание 1] Весы Kibble Национальной физической лаборатории Великобритании продемонстрировали CRSU 70,3  мкг в 2007 году. [13] Эти весы Kibble были разобраны и отправлены в 2009 году в Канадский институт национальных стандартов измерений (часть Национального исследовательского совета ) , где можно было бы продолжить исследования и разработки устройства.

Локальное ускорение свободного падения g измеряется с исключительной точностью с помощью лазерного интерферометра. Лазерный рисунок интерференционных полос - темные и светлые полосы наверху - расцветает все быстрее, по мере того, как свободно падающий угловой отражатель падает внутри абсолютного гравиметра. Частота развертки шаблона измеряется атомными часами.

Гравитация и природа весов Киббла, которые колеблют испытательные массы вверх и вниз против местного гравитационного ускорения g , используются таким образом, чтобы механическая мощность сравнивалась с электрической мощностью, которая представляет собой квадрат напряжения, деленный на электрическое сопротивление. Тем не менее, g изменяется значительно - почти на 1% - в зависимости от того, где на поверхности Земли производится измерение (см . Гравитацию Земли ). Также наблюдаются небольшие сезонные колебания g из-за изменений уровня подземных вод, а также более крупные полумесячные и суточные изменения из-за приливных искажений формы Земли, вызванных Луной и Солнцем. Хотя g не будет термином в определениикилограмма, это будет иметь решающее значение в процессе измерения килограмма при соотнесении энергии с мощностью. Соответственно, g должен быть измерен по крайней мере с такой же точностью и точностью, как и другие члены, поэтому измерения g также должны быть прослежены до фундаментальных констант природы. Для наиболее точной работы в метрологии массы g измеряется с помощью абсолютных гравиметров падающей массы, которые содержат стабилизированный йодом гелий-неоновый лазерный интерферометр . Бахрома-сигнал , частота развертка с выходом интерферометра, измеряются с помощью рубидия атомных часов. Поскольку этот тип гравиметра с падающей массой получает свою точность и стабильность благодаря постоянству скорости света, а также врожденным свойствам атомов гелия, неона и рубидия, термин `` гравитация '' в описании полностью электронного килограмма также измеряется в инвариантах природы - и с очень высокой точностью. Например, в подвале лаборатории NIST в Гейтерсбурге в 2009 году при измерении силы тяжести, действующей на тестовые массы Pt ‑ 10Ir (которые более плотны, меньше и имеют немного более низкий центр тяжести внутри весов Kibble, чем массы из нержавеющей стали), измеренное значение обычно находится в пределах 8 частей на миллиард от9.801 016 44  м / с 2 . [14]

Достоинство электронных реализаций, таких как весы Kibble, заключается в том, что определение и распространение килограмма больше не зависит от стабильности килограммовых прототипов, с которыми необходимо очень осторожно обращаться и хранить. Это освобождает физиков от необходимости полагаться на предположения о стабильности этих прототипов. Вместо этого можно просто взвесить и задокументировать настроенные вручную эталоны массы с точным приближением, равные одному килограмму плюс значение смещения. В весах Kibble килограмм определяется в терминах электричества и силы тяжести, и все это связано с инвариантами природы; это определенотаким образом, который напрямую связан с тремя фундаментальными константами природы. Постоянная Планка определяет килограмм через секунды и метр. При фиксировании постоянной Планка определение килограмма зависит, кроме того, только от определения секунды и метра. Определение второго зависит от единственной определенной физической константы: частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 Δ ν ( 133 Cs) hfs . Счетчик зависит от секунды и дополнительной определенной физической константы: скорости света c. С таким переопределением килограмма физические объекты, такие как IPK, больше не являются частью определения, а вместо этого становятся стандартами передачи .

Весы, подобные весам Kibble, также позволяют более гибко выбирать материалы с особенно желательными свойствами для эталонов массы. Например, Pt ‑ 10Ir можно продолжать использовать, чтобы удельный вес вновь производимых эталонов массы был таким же, как у существующих национальных первичных и контрольных эталонов (≈21,55  г / мл). Это уменьшит относительную неопределенность при сравнении масс в воздухе . В качестве альтернативы можно было бы исследовать совершенно другие материалы и конструкции с целью создания массовых эталонов с большей стабильностью. Например, сплавы осмий- иридий можно исследовать, если склонность платины к поглощению водорода (из-за катализа ЛОС и чистящих растворителей на основе углеводородов) и атмосферной ртути.оказались источниками нестабильности. Кроме того, осажденные из паровой фазы защитные керамические покрытия, такие как нитриды, могут быть исследованы на предмет их пригодности для химической изоляции этих новых сплавов.

Проблема с весами Kibble заключается не только в уменьшении их неопределенности, но и в том, чтобы сделать их действительно практическими реализациями килограмма. Почти каждый аспект весов Kibble и их вспомогательного оборудования требует такой необычайно точной и точной современной технологии, что - в отличие от такого устройства, как атомные часы - немногие страны в настоящее время предпочитают финансировать свою работу. Например, в 2007 году весы Kibble NIST использовали четыре стандарта сопротивления, каждый из которых подвергался ротации на весах Kibble каждые две-шесть недель после калибровки в другой части штаб-квартиры NIST в Гейтерсбурге, штат Мэриленд.. Было обнаружено, что простое перемещение эталонов сопротивления по коридору к весам Киббла после калибровки изменяет их значения на 10 частей на миллиард (эквивалент 10 мкг) или более. [15] Современных технологий недостаточно для обеспечения стабильной работы весов Kibble даже между двухгодичными калибровками. Когда новое определение вступит в силу, вероятно, будет всего несколько - самое большее - весов Kibble, первоначально работающих в мире.  

Альтернативные подходы к переопределению килограмма [ править ]

В краткой форме, например 1.854 87 (14) × 10 13 , цифры в скобках обозначают неопределенность при одном стандартном отклонении (1 σ , уровень достоверности 68%) в том же количестве наименее значащих цифр в значимой величине .

Несколько альтернативных подходов к переопределению килограмма, которые фундаментально отличались от весов Киббла, были изучены в разной степени, от некоторых отказались. В частности, проект Авогадро был важен для решения о переопределении в 2018 году, поскольку он обеспечивал точное измерение постоянной Планка, которое согласовывалось с методом баланса Киббла и не зависело от него. [16] Альтернативные подходы включали:

Подходы с подсчетом атомов [ править ]

Проект Авогадро [ править ]

Ахим Лейстнер из Австралийского центра точной оптики (ACPO) держит в руках  монокристаллическую кремниевую сферу весом 1 кг для проекта Авогадро. Среди самых круглых созданных руками человека объектов в мире сфера размером с Землю имела бы высоту всего 2,4 метра над «уровнем моря». [Заметка 2]

Другой постоянная основой Авогадро подход, известный как Международный Авогадро Координационного «ы проект Авогадры , был бы определить и очертить килограмм в качестве 93.6  диаметра шара мм из кремниевых атомов. Кремний был выбран потому, что уже существует коммерческая инфраструктура со зрелой технологией для создания бездефектного сверхчистого монокристаллического кремния, процесс Чохральского , для обслуживания полупроводниковой промышленности.

Для практической реализации килограмма будет произведен кремниевый буль (стержневой монокристаллический слиток). Его изотопный состав будет измеряться с помощью масс-спектрометра, чтобы определить его среднюю относительную атомную массу. Були нарезали, шлифовали и шлифовали на сферы. Размер выбранной сферы можно было бы измерить с помощью оптической интерферометрии с погрешностью около 0,3  нм по радиусу - это примерно один атомный слой. Точный шаг решетки между атомами в его кристаллической структуре (≈  192  пм) можно было бы измерить с помощью сканирующего рентгеновского интерферометра.. Это позволяет определить его атомный интервал с погрешностью всего в три части на миллиард. Зная размер сферы, ее среднюю атомную массу и межатомное расстояние, требуемый диаметр сферы может быть рассчитан с достаточной точностью и низкой погрешностью, чтобы можно было окончательно отполировать ее до целевой массы в один килограмм.

На кремниевых сферах проекта Авогадро проводятся эксперименты, чтобы определить, являются ли их массы наиболее стабильными при хранении в вакууме, частичном вакууме или атмосферном давлении. Однако в настоящее время не существует технических средств для доказательства долговременной стабильности лучше, чем у IPK, потому что наиболее чувствительные и точные измерения массы выполняются с помощью весов с двумя чашами, таких как весы FB ‑ 2 от BIPM (см. § Внешние ссылки , ниже). Весы могут сравнивать только массу кремниевого шара с массой контрольной массы. Учитывая последнее понимание отсутствия долгосрочной стабильности массы с IPK и его репликами, не существует известного, совершенно стабильного массового артефакта, с которым можно было бы сравнивать. Весы с одной чашей , которые измеряют вес относительно инварианта природы, неточны до необходимой долгосрочной неопределенности 10–20 частей на миллиард. Еще одна проблема, которую необходимо решить, заключается в том, что кремний окисляется и образует тонкий слой (эквивалентный 5-20 атомам кремния в глубину) из диоксида кремния ( кварца ) и моноксида кремния . Этот слой немного увеличивает массу сферы, эффект, который необходимо учитывать при полировке сферы до конечного размера. Окисление не является проблемой для платины и иридия, которые являются благородными металлами , примерно такими же катодными.как кислород и, следовательно, не окисляются, если это не требуется в лаборатории. Наличие тонкого оксидного слоя на прототипе кремниевой массы накладывает дополнительные ограничения на процедуры, которые могут быть подходящими для его очистки, чтобы избежать изменения толщины слоя или стехиометрии оксида .

Все подходы на основе кремния фиксируют постоянную Авогадро, но различаются деталями определения килограмма. Один из подходов предполагает использование кремния со всеми тремя его естественными изотопами. Около 7,78% кремния состоит из двух более тяжелых изотопов: 29 Si и 30 Si. Как описано в § Углерод-12 ниже, этот метод определит величину килограмма в терминах определенного числа из 12 атомов углерода, фиксируя постоянную Авогадро; кремниевый шар был бы практической реализацией . Такой подход может точно определить величину килограмма, поскольку массы трех нуклидов кремния относительно 12C известны с большой точностью (относительная погрешность 1 ppb или лучше). Альтернативный метод создания килограмма кремниевой сферы на основе сферы предлагает использовать методы разделения изотопов для обогащения кремния до тех пор, пока он не станет почти чистым 28 Si, который имеет относительную атомную массу 27.976 926 5325 (19) . [17] При таком подходе фиксирована не только постоянная Авогадро, но и атомная масса 28 Si. Таким образом, определение килограмма будет отделено от 12 ° C, и вместо этого килограмм будет определяться как1000/27,976 926 5325 ⋅ 6.022 141 79 × 10 23 атомов 28 Si (≈35.743 740 43 фиксированных моля 28 атомов Si). Физики могут выбрать для определения килограмма 28 Si, даже если килограммовые прототипы сделаны из природного кремния (присутствуют все три изотопа). Даже с определением килограмма, основанным на теоретически чистом 28 Si, прототип кремниевой сферы, сделанный только из почти чистого 28 Si, обязательно будет немного отклоняться от определенного количества молей кремния, чтобы компенсировать различные химические и изотопные примеси, а также влияние поверхностные оксиды. [18]

Углерод-12 [ править ]

Хотя это определение не предлагает практического воплощения, оно точно определяет величину килограмма с точки зрения определенного числа атомов углерода-12 . Углерод ‑ 12 ( 12 C) - изотоп углерода. В настоящее время моль определяется как «количество сущностей (элементарных частиц, таких как атомы или молекулы), равное количеству атомов в 12 граммах углерода-12». Таким образом, текущее определение крота требует, чтобы1000/12родинки ( 83+1/3 моль) 12 C имеет массу ровно один килограмм. Число атомов в моль, величина, известная как постоянная Авогадро , определяется экспериментально, и текущая наилучшая оценка ее значения составляет6.022 140 76 × 10 23 объекта на моль. [19] Это новое определение килограмма предлагало зафиксировать постоянную Авогадро на точном уровне.6,022 14 X × 10 23  моль -1, причем килограмм определяется как «масса, равная массе1000/12 ⋅ 6,022 14 X × 10 23 атомов 12 C ".

Точность измеренного значения постоянной Авогадро в настоящее время ограничена неопределенностью значения постоянной Планка . Эта относительная стандартная погрешность составляет 50  частей на миллиард (частей на миллиард) с 2006 года. Если зафиксировать постоянную Авогадро, практический эффект этого предложения будет заключаться в том, что погрешность в массе атома 12 C и величине килограмма может быть не лучше, чем текущая  погрешность постоянной Планка в 50 частей на миллиард. В соответствии с этим предложением величина килограмма будет уточняться в будущем по мере того, как станут доступны улучшенные измерения значения постоянной Планка; электронные реализации килограмма будут перекалиброваны по мере необходимости. И наоборот, электронное определениекилограмма (см. § Электронные подходы ниже), который точно фиксировал бы постоянную Планка, по-прежнему позволял бы 83+1/3моль 12 ° C, чтобы иметь массу ровно один килограмм, но количество атомов, составляющих моль (постоянная Авогадро), будет по-прежнему подлежать уточнению в будущем.

Вариант определения на основе 12 C предлагает определить постоянную Авогадро как точно84 446 889 3 (≈ 6.022 141 62 × 10 23 ) атомов. Воображаемая реализация прототипа массой 12 грамм была бы кубом из 12 атомов углерода, измеряющим точно84 446 889 атомов поперек стороны. Согласно этому предложению килограмм будет определяться как «масса, равная84 446 889 3  × 83+1/3атомы 12 C. " [20] [Примечание 3]

Накопление ионов [ править ]

Другой подход, основанный на Авогадро, накопление ионов , от которого отказались, позволил бы определить и обозначить килограмм путем точного создания новых металлических прототипов по запросу. Это можно было бы сделать, накапливая ионы золота или висмута (атомы, лишенные электрона) и подсчитывая их, измеряя электрический ток, необходимый для нейтрализации ионов. Золото ( 197 Au) и висмут ( 209 Bi) были выбраны потому, что с ними можно безопасно обращаться и они имеют две самые высокие атомные массы среди мононуклидных элементов, которые являются стабильными (золото) или эффективно стабильными (висмут). [Примечание 4] См. Также Таблицу нуклидов .

Например, с помощью определения килограмма, основанного на золоте, относительную атомную массу золота можно было бы точно зафиксировать. 196.966 5687 , от текущего значения196.966 5687 (6) . Как и в случае определения, основанного на углероде-12, постоянная Авогадро также была бы фиксированной. Килограмм тогда был бы определен как "масса, равная точно массе1000/196.966 5687 ⋅ 6,022 141 79 × 10 23 атомов золота »(точно 3,057,443,620,887,933,963,384,315 атомов золота или около5.077 003 71 фиксированных моль).

В 2003 году немецкие эксперименты с золотом при токе всего 10 мкА продемонстрировали относительную погрешность 1,5%. [22]  Ожидается, что в последующих экспериментах с использованием ионов висмута и тока 30 мА  за шесть дней будет накоплена масса 30 г, а относительная погрешность будет лучше 1 ppm. [23] В конечном итоге подходы с накоплением ионов оказались непригодными. На измерения потребовались месяцы, и данные оказались слишком нестабильными, чтобы этот метод можно было рассматривать в качестве жизнеспособной будущей замены IPK. [24]

Среди многих технических проблем устройства ионного осаждения было получение достаточно высокого ионного тока (массовая скорость осаждения) при одновременном замедлении ионов, чтобы все они могли осаждаться на целевом электроде, встроенном в чашу весов. Эксперименты с золотом показали, что ионы должны быть замедлены до очень низких энергий, чтобы избежать эффектов распыления - явления, при котором ионы, которые уже были подсчитаны, рикошетили от электрода-мишени или даже смещенных атомов, которые уже были осаждены. Осажденная массовая доля в немецких экспериментах 2003 г. приближалась очень близко к 100% только при энергии ионов менее примерно1  эВ (<  1  км / с для золота). [22]

Если бы килограмм был определен как точное количество атомов золота или висмута, осажденных электрическим током, не только постоянная Авогадро и атомная масса золота или висмута должны были быть точно зафиксированы, но и величина элементарного заряда ( e ), вероятно,1.602 17 X × 10 −19  C (от текущего рекомендуемого значения1,602 176 634 × 10 −19  ° C [25] ). Это фактически определило бы ампер как поток1/1.602 17 Х × 10 −19электронов в секунду после фиксированной точки в электрической цепи. Единицу массы в системе СИ можно было бы полностью определить, точно зафиксировав значения постоянной Авогадро и элементарного заряда, а также воспользовавшись тем фактом, что атомные массы атомов висмута и золота являются инвариантными универсальными константами природы.

Помимо медленности создания нового эталона массы и плохой воспроизводимости, у подхода с накоплением ионов были и другие существенные недостатки, которые оказались серьезным препятствием на пути к практической реализации методов, основанных на накоплении ионов. Устройство обязательно требовало, чтобы камера осаждения имела встроенную систему баланса, чтобы обеспечить удобную калибровку разумного количества стандартов переноса по сравнению с любым прототипом с внутренним осаждением ионов. Более того, массовые прототипы, полученные методами ионного осаждения, не могли бы быть ничем иным, как отдельно стоящие платино-иридиевые прототипы, которые используются в настоящее время; они были бы нанесены на электрод и стали частью электрода, вставленного в одну чашу специальных весов, встроенных в устройство. Более того, осажденная масса не будетУ них была твердая, хорошо отполированная поверхность, которую можно было тщательно очистить, как и у нынешних прототипов. Золото, в то время как плотное иблагородный металл (устойчивый к окислению и образованию других соединений) чрезвычайно мягкий, поэтому внутренний образец золота должен быть хорошо изолирован и тщательно очищен, чтобы избежать загрязнения и потенциального износа из-за необходимости удаления загрязнения. Висмут, который является недорогим металлом, используемым в низкотемпературных припоях, медленно окисляется при воздействии воздуха комнатной температуры и образует другие химические соединения, и поэтому не дал бы стабильных эталонных масс, если бы он постоянно не поддерживался в вакууме или инертной атмосфере.

Сила, основанная на амперах [ править ]

Магнит, плавающий над сверхпроводником, погруженным в жидкий азот, демонстрирует идеальную диамагнитную левитацию за счет эффекта Мейснера . Эксперименты с определением килограмма на основе ампер перевернули эту схему с ног на голову: электрическое поле ускоряло сверхпроводящую тестовую массу, поддерживаемую фиксированными магнитами.

При таком подходе килограмм определяется как «масса, которая будет ускорена точно при 2 × 10 -7  м / с 2 при воздействии на метр силы между двумя прямыми параллельными проводниками бесконечной длины с незначительным круглым поперечным сечением, расположенными на расстоянии одного метра в вакууме, через которые протекает постоянный ток величиной1/1,602 17 × 10 −19^ элементарных зарядов в секунду ».

Фактически, это определило бы килограмм как производную от ампера, а не как текущее соотношение, которое определяет ампер как производную от килограмма. Это новое определение килограмма определило бы элементарный заряд ( е ) как точно 1,602 17 × 10 −19^ кулонов, а не текущее рекомендуемое значение1,602 176 634 × 10 -19  С . [25]Из этого с необходимостью следовало бы, что ампер (один кулон в секунду) также стал бы электрическим током с точным количеством элементарных зарядов в секунду, проходящим через заданную точку в электрической цепи. Преимущество практической реализации, основанной на этом определении, заключается в том, что в отличие от весов Киббла и других основанных на шкале методов, каждый из которых требует тщательного определения характеристик силы тяжести в лаборатории, этот метод определяет величину килограмма непосредственно в тех самых терминах, которые определить природу массы: ускорение за счет приложенной силы. К сожалению, разработать практическую реализацию, основанную на ускорении масс, крайне сложно. Эксперименты в течение многих лет в Японии со сверхпроводящей  массой 30 г, поддерживаемой диамагнитнымлевитация никогда не достигала неопределенности лучше десяти частей на миллион. Магнитный гистерезис был одной из ограничивающих проблем. Другие группы провели аналогичные исследования, в которых использовались разные техники для левитации массы. [26] [27]

Заметки [ править ]

  1. ^ Объединенная относительная стандартная неопределенность (CRSU) этих измерений, как и все другие допуски и неопределенности в этой статье, если не указано иное, составляет одно стандартное отклонение (1 σ ), что соответствует уровню достоверности около 68%; то есть 68% измерений попадают в указанный допуск.
  2. ^ Сфера, показанная на фотографии, имеет значение овальности (от пика до впадины на радиусе) 50 нм. Согласно ACPO, они улучшили его с овальностью 35 нм. На сфере диаметром93,6мм овальность 35 нм (отклонение ± 17,5 нм от среднего) представляет собой относительную округлость (∆ r / r ) =3,7 × 10 −7 . В масштабе Земли это эквивалентно максимальному отклонению от уровня моря всего на 2,4 метра. Круглость этой сферы ACPO превосходит только два из четырехроторов гироскопаиз плавленого кварца, установленных на Gravity Probe  B , которые были изготовлены в конце 1990-х годов и получили окончательную форму в Лаборатории экспериментальной физики WW Hansen в Стэнфордском университете . В частности, «Гироскоп 4» внесен вбазу данных рекордов Гиннеса (их база данных, а не их книга) как самый круглый рукотворный объект в мире. Согласно опубликованному отчету ( 221  кБ PDF, здесь Архивировано 27 февраля 2008 г. в Wayback Machine ) и координатором по связям с общественностью GP ‑ B в Стэнфордском университете, из четырех гироскопов на борту зонда Gyro  4 имеет максимальную волнистость поверхности от идеальной сферы 3,4  ± 0,4  нм на 38,1.  сфера диаметром мм, что составляет ∆ r / r =1,8 × 10 −7 . В масштабе Земли это эквивалентно отклонению размера Северной Америки, медленно поднимающейся из моря (террасы молекулярного слоя высотой11,9см), достигая максимальной высоты 1,14 ± 0,13 м в Небраске, а затем постепенно спускается к уровню моря на другой стороне континента.
  3. ↑ Первоначально предлагалось переопределить килограмм как массу84 446 886 3 атома углерода-12. [21] Значение84 446 886 было выбрано, потому что оно имеет особые свойства; его куб (предлагаемое новое значение постоянной Авогадро) делится на двенадцать. Таким образом, с таким определением килограмма в одном грамме температуры 12 C было бы целое число атомов :50 184 508 190 229 061 679 538 атомов. Неопределенность в константе Авогадро значительно уменьшилась с тех пор, как это предложение было впервые представлено American Scientist для публикации. Значение CODATA 2014 г. для постоянной Авогадро (6.022 140 857 (74) × 10 23 ) имеет относительную стандартную неопределенность 12 частей на миллиард, а кубический корень из этого числа равен84 446 885 .41 (35) , т.е. нет целых чисел в пределах неопределенности.
  4. ^ В 2003 году, в том же году, когда были проведены первые эксперименты по осаждению золота, физики обнаружили, что единственный встречающийся в природе изотоп висмута, 209 Bi, на самом деле очень слабо радиоактивен , с самым длинным известным периодом полураспада любого природного элемента, который встречается в природе. распадается через альфа-излучение - период полураспада(19 ± 2) × 10 18  лет . Поскольку это в 1,4 миллиарда раз больше возраста Вселенной, 209 Bi считается стабильным изотопом для большинства практических приложений (не связанных с такими дисциплинами, как нуклеокосмохронология и геохронология ). Другими словами,99,999 999 983 % висмута, существовавшего на Земле 4,567 миллиарда лет назад, все еще существует сегодня. Только два мононуклидных элемента тяжелее висмута и только один приближается к его стабильности: торий . Долгое время считавшийся возможной заменой урана в ядерных реакторах, торий может вызывать рак при вдыхании, потому что он более чем в 1,2  миллиарда раз радиоактивен, чем висмут. Он также имеет такую ​​сильную тенденцию к окислению, что его порошки являются пирофорными . Эти характеристики делают торий непригодным для экспериментов по ионному осаждению. См. Также Изотопы висмута , Изотопы золота и Изотопы тория .

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Резник, Брайан (20 мая 2019 г.). «Новый килограмм только что дебютировал. Это огромное достижение» . vox.com . Дата обращения 23 мая 2019 .
  2. ^ Проект Резолюции A «О пересмотре Международной системы единиц (СИ)» для представления в CGPM на его 26-м заседании (2018 г.) (PDF)
  3. ^ Решение CIPM / 105-13 (октябрь 2016 г.) . Сегодня отмечается 144-я годовщина Метрической конвенции .
  4. ^ Pallab Гош (16 ноября 2018). «Килограмм получает новое определение» . BBC News . Проверено 16 ноября 2018 года .
  5. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), Стр. 112, ISBN  92-822-2213-6, архивировано (PDF) из оригинала на 2017-08-14
  6. ^ Рекомендация 1: Подготовительные шаги к новым определениям килограмма, ампера, кельвина и моля с точки зрения фундаментальных констант (PDF) . 94-е заседание Международного комитета мер и весов. Октябрь 2005. с. 233. Архивировано 30 июня 2007 года (PDF) . Проверено 7 февраля 2018 года .
  7. ^ «NIST поддерживает предложение по обновленной системе единиц измерения» . Nist.gov. 26 октября 2010 . Проверено 3 апреля 2011 года .
  8. ↑ Ян Миллс (29 сентября 2010 г.). «Проект главы 2 брошюры СИ после переопределения основных единиц» (PDF) . CCU . Проверено 1 января 2011 года .
  9. ^ Резолюция 1 - О возможном будущем пересмотре Международной системы единиц СИ (PDF) . 24-е заседание Генеральной конференции по мерам и весам. Севр, Франция. Октябрь 17-21, 2011 . Проверено 25 октября 2011 года .
  10. ^ a b «BIPM - Резолюция 1 25-го ГКБМ» . www.bipm.org . Проверено 27 марта 2017 .
  11. ^ «Генеральная конференция мер и весов одобряет возможные изменения в Международной системе единиц, включая новое определение килограмма» (PDF) (пресс-релиз). Севр, Франция: Генеральная конференция по мерам и весам . 23 октября 2011 . Проверено 25 октября 2011 года .
  12. ^ Штайнер, Ричард Л .; Уильямс, Эдвин Р .; Лю, Жуйминь; Ньюэлл, Дэвид Б. (2007). "Повышение неопределенности электронного килограмма NIST" . IEEE Transactions по приборостроению и измерениям . 56 (2): 592–596. DOI : 10.1109 / TIM.2007.890590 . ISSN 0018-9456 . 
  13. ^ «Первоначальное измерение постоянной Планка с использованием ваттного баланса NPL Mark II», И. А. Робинсон и др. , Метрология, 44 (2007), 427–440;
    НПЛ: остаток неоплаченных коров
  14. ↑ R. Steiner, Watts in the watt balance , NIST, 16 октября 2009 г.
  15. ^ Р. Штайнер, Нет FG-5? , NIST, 30 ноября 2007 г. «Мы меняем примерно 4 стандарта сопротивления, передавая их из калибровочной лаборатории в мою лабораторию каждые 2–6 недель. Резисторы плохо передаются, а иногда смещаются при каждом переносе на 10 частей на миллиард или более».
  16. ^ Lim, Xiaozhi (16 ноября 2018). «Килограмм мертв. Да здравствует килограмм!» . Нью-Йорк Таймс . Постоянная Авогадро и постоянная Планка взаимосвязаны в законах физики. Измерив постоянную Авогадро, доктор Беттин смог получить постоянную Планка. И с точным измерением постоянной Планка он мог подтвердить результаты работы доктора Киббла, и наоборот.
  17. ^ Brumfiel, Geoff (21 октября 2010). «Элементарный сдвиг на килограмм» (PDF) . Природа . 467 (7318): 892. DOI : 10.1038 / 467892a . PMID 20962811 .  
  18. ^ NPL: Проект Авогадро ; Австралийский национальный институт измерений: [новое определение килограмма через постоянную Авогадро] ; и Австралийский центр прецизионной оптики: проект Avogadro, заархивированный 07 апреля 2014 г., на Wayback Machine
  19. ^ «2018 CODATA Value: постоянная Авогадро» . Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . 20 мая 2019 . Проверено 20 мая 2019 .
  20. ^ Хилл, Теодор П.; Миллер, Джек; Цензулло, Альберт К. (1 июня 2011 г.). «К лучшему определению килограмма». Метрология . 48 (3): 83–86. arXiv : 1005.5139 . Bibcode : 2011Metro..48 ... 83H . DOI : 10.1088 / 0026-1394 / 48/3/002 .
  21. ^ Технологический институт Джорджии, "Лучшее определение килограмма?" 21 сентября 2007 г. (пресс-релиз).
  22. ^ a b Немецкий национальный метрологический институт, известный как Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB): Рабочая группа 1.24, Накопление ионов
  23. ^ Генеральная конференция по мерам и весам, 22-е заседание, октябрь 2003 г. ( ZIP-файл3,2МБ).
  24. ↑ Бауэрс, Мэри, Караван , 1–15 сентября 2009 г .: «Почему мир худеет»
  25. ^ a b «2018 CODATA Value: elementary charge» . Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . 20 мая 2019 . Проверено 20 мая 2019 .
  26. ^ «За килограммом: новое определение Международной системы единиц» (пресс-релиз). NIST. Архивировано из оригинального 22 мая 2008 года.
  27. Перейти ↑ Robinson, IA (апрель 2009 г.). «К окончательному результату баланса мощности NPL Mark II». IEEE Transactions по приборостроению и измерениям . 58 (4): 936–941. DOI : 10.1109 / TIM.2008.2008090 .