Il prototipo internazionale (standard) del chilogrammo è conservato presso l'International Bureau of Weights and Measures (situato a Sèvres vicino a Parigi) ed è un cilindro di 39,17 mm di diametro e altezza realizzato in una lega di platino-iridio (90% platino, 10% iridio). In origine, un chilogrammo era definito come la massa di un decimetro cubo (litro) di acqua pura a 4 ° C e pressione atmosferica standard a livello del mare.
Allora perché è diventato più pesante?
Utilizzando l'esclusiva tecnologia di rilevamento Theta, il Prof. Peter Cumpson e il Dr. Naoko Sano dell'Università di Newcastle hanno analizzato la superficie dello standard e hanno stabilito che il chilogrammo del prototipo internazionale (standard) quantificava la contaminazione da idrocarburi sulla sua superficie. La loro ricerca mostra che il prototipo internazionale (standard) del chilogrammo ha probabilmente guadagnato decine di microgrammi in massa da quando lo standard è stato introdotto nel 1875. Ma poiché questo è un chilogrammo a cui devono corrispondere tutti i chilogrammi del mondo, in senso teorico almeno tutti i chilogrammi saranno anche tecnicamente più pesanti.
Sebbene un aumento del chilogrammo di riferimento di decine di microgrammi possa sembrare insignificante, Peter Cumpson sostiene che qualsiasi discrepanza tra il prototipo internazionale (riferimento) per il chilogrammo e i suoi replicanti può essere problematica. "Ci sono casi di commercio internazionale con materiali di alto valore - in cui è necessario tenere conto di ogni microgrammo". Gli idrocarburi accumulati possono essere rimossi mediante esposizione a una miscela di raggi ultravioletti e ozono.
La situazione è complicata dal fatto che nel mondo ci sono 39 copie più accurate del chilogrammo di riferimento immagazzinate a Parigi, che un tempo venivano inviate a vari paesi del mondo per mantenere un sistema unificato di misure e pesi. Ora, secondo un certo numero di scienziati, stanno iniziando a differire sempre di più l'uno dall'altro in peso a causa delle condizioni climatiche e di altre condizioni che esistono in diverse parti del pianeta.
"L'industrializzazione che ha avuto luogo nel mondo e la natura del funzionamento della società moderna hanno portato al fatto che la superficie del chilogrammo di riferimento ha acquisito una placca sotto forma di particelle aggiuntive", afferma un gruppo di ricerca dell'Università di Newcastle. - Il sistema di pesi standard mondiale è ora minacciato di creare caos al suo interno. Siamo rimasti inorriditi quando abbiamo visto che le particelle di mercurio si sono accumulate sulla superficie di uno dei 40 chilogrammi di riferimento immagazzinati nel Regno Unito ", ha affermato il responsabile del progetto, il professor Peter Campson.
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Secondo le informazioni ricevute dalla pubblicazione, si sta ora discutendo la questione di come effettuare una speciale "pulizia dalla polvere" delle superfici di tutti i 40 chilogrammi di riferimento al fine di riportarli ad un unico peso.
In una conferenza della Royal Scientific Society a Londra il 24-25 gennaio, Richard Davis, ex capo della divisione di massa dell'International Bureau of Weights and Measures (con sede a Sèvres, vicino a Parigi), ha proposto di ammorbidire la definizione. Come misura temporanea prima di ridefinire il "chilogrammo di massa", ha proposto di calcolare la media delle masse contestate. Quindi, se i risultati di due esperimenti di diverso tipo nel determinare la massa non sono del tutto d'accordo, dovrebbero essere semplicemente mediati e il valore risultante dovrebbe essere dichiarato un nuovo standard, cita una proposta dello scienziato Nature News.
Tuttavia, questo piano ha molti avversari. "La decisione di mediare semplicemente due risultati incoerenti sarebbe perfettamente matematicamente corretta, ma questo non è un approccio scientifico", ha detto Michael Hart, fisico dell'Università di Manchester.
I sostenitori della media lo vedono come una via da seguire. "Idealmente, vogliamo ottenere una perfetta convergenza delle misurazioni. Ma se ciò non funziona, è necessario utilizzare un approccio matematico ", ha affermato Terry Quinn, ex direttore dell'International Bureau of Weights and Measures. Sottolinea che le differenze in questione sono troppo piccole per creare problemi reali per l'applicazione pratica della misura.
Questa differenza è un problema serio nel lungo periodo, perché non si può giudicare se le copie stiano diventando più pesanti o, al contrario, il riferimento sia più leggero.
Pertanto, gli scienziati hanno da tempo pianificato di sostituire lo standard "materiale" del chilogrammo, esprimendolo in termini di costanti fisiche invariabili, che sono determinate con elevata precisione e non cambiano. Se questo ha successo, la massa del chilogrammo rimarrà invariata quanto le leggi dell'universo.
Gli scienziati utilizzano due approcci per trovare l'esatta espressione del chilogrammo: nel primo, la massa del chilogrammo è determinata utilizzando campi elettrici e magnetici, e nel secondo, cercano di esprimerla in termini di costante di Planck, una delle quantità fondamentali della meccanica quantistica.
Il secondo metodo prevede il ricalcolo diretto del numero di atomi in una sfera di silicio cristallino. Questo risultato permette di ridefinire il chilogrammo in termini di costante di Avogadro, che è il numero di molecole per mole di materia e, infatti, mette in relazione la massa atomica di un elemento con la massa di un corpo macroscopico.
Negli ultimi anni, le misurazioni con entrambi i metodi sono state eseguite con una precisione di 30 ppb: questo è il limite delle misurazioni più accurate della massa di un cilindro di platino-iridio. Tuttavia, i risultati dei due tipi di esperimenti divergono di 175 miliardi di azioni: questo è molto più ragionevole da un punto di vista metodologico.
Ciò non consente di ridefinire ufficialmente la misura del chilogrammo, poiché i motivi della discrepanza non sono chiari e non possono ancora essere eliminati. Questo è il motivo per cui è stata avanzata una proposta sulla media elementare di due calcoli e una tale ridefinizione matematica del chilogrammo.
Il compito di ridefinire lo standard di massa diventa sempre più acuto nel tempo. “Più tempo aspettiamo e conferiamo, maggiore è la deriva di massa tra lo standard originale e le sue repliche. Allora non saremo in grado di essere affatto d'accordo su quale massa debba essere considerata un riferimento. La situazione sembra quasi folle , ammette Quinn.
Finora, gli scienziati hanno concordato che gli atomi di silicio sono ideali per il progetto grazie alla loro stabilità. In condizioni standard, non vengono quasi mai distrutti e tutti i danni sono facilmente calcolabili. "Vogliamo ridefinire un chilogrammo in base alla massa di un atomo, vogliamo contare gli atomi in un chilogrammo di un certo cristallo", ha detto il professor Peter Becker "Misuriamo il volume di una sfera e il volume di un atomo di silicio, e quando dividi la sfera di silicio per il volume di un atomo, ottieni il numero di atomi - tutto è molto semplice ". Scienziati di molti paesi, inclusa la Russia, prendono parte alla produzione dello standard. Sono stati spesi 2 milioni di euro per la produzione di una sfera di silicio, ed è stata creata per quasi 5 anni. Secondo il responsabile del progetto, i fisici hanno già calcolato quanti atomi di silicio dovrebbero essere in un kg e hanno iniziato a "assemblare"sebbene questo standard non sarà perfettamente accurato, perché finora gli scienziati non possono "assemblare" uno standard nel senso letterale degli atomi.
L'associazione di produzione "Impianto elettrochimico" di Zelenogorsk, nel territorio di Krasnoyarsk, fornirà materie prime per creare un nuovo standard internazionale per il chilogrammo: una sfera ideale composta da un singolo cristallo di isotopo di silicio-28, ha detto a Interfax il servizio stampa dell'azienda.
Lo standard sarà realizzato sotto forma di una sfera ideale da un singolo cristallo di isotopo di silicio-28.
Il cristallo verrà coltivato presso l'Institute of Crystal Growth Germany da silicio policristallino ottenuto presso l'Istituto di chimica delle sostanze ad alta purezza di Nizhny Novgorod. La materia prima iniziale per lo standard - il tetrafluoruro di silicio - è stata fornita da Zelenogorsk ECP.
