Oltre al prezioso chilo, il Mendeleev Research Institute di San Pietroburgo ha un metro standard, ampere e kelvin
In cosa si trasformerebbe la nostra vita se le unità di misura scomparissero improvvisamente: tutti questi volt, grammi, kelvin? Non guardare la TV, né andare al negozio, né vestirsi per il tempo. E questi sono ancora fiori.
- Qualsiasi ricezione di informazioni - visiva, testuale, uditiva - è in realtà una misura: quando distinguiamo parole, simboli, immagini, li confrontiamo con qualcosa, - spiega Kirill Gogolinsky, direttore dell'Istituto di metrologia russo di Mendeleev. - L'accuratezza delle misurazioni determina il livello di sviluppo economico dello stato e il ritmo del suo sviluppo.
GRANDI SETTE
La metrologia, la scienza che garantisce l'uniformità delle misurazioni, aiuta il mondo intero a parlare la stessa lingua. Se non fosse per lei, l'umanità non potrebbe organizzare il commercio, stabilire il lavoro delle comunicazioni ingegneristiche, nemmeno assemblare un'auto.
Istituto Mendeleev - la culla della metrologia russa Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
La forma di realizzazione della misura è un dispositivo (ad esempio un righello) o un oggetto (lo stesso peso). I dispositivi e gli oggetti da cui vengono eseguite numerose copie sono chiamati standard. Ogni stato cerca di creare quanti più standard possibili e applicare le più alte tecnologie per questo, in modo da non andare ogni volta dai vicini o in Francia per il peso ideale (il chilogrammo principale del mondo è immagazzinato lì).
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- Oggi nel nostro paese ci sono 164 standard, - spiega il capo di Rosstandart Alexei Abramov. - La Russia è uno dei cinque paesi che stanno promuovendo attivamente la metrologia.
Alcuni degli standard sono conservati in un “ thermos ”, un edificio all'interno di un edificio Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
54 standard su 164 sono conservati presso l'Istituto di ricerca di Mendeleev, "la culla della metrologia russa". Tutti gli standard del mondo nascono da sette grandezze fondamentali: metro (lunghezza), chilogrammo (massa), secondo (tempo), ampere (corrente elettrica), kelvin (temperatura), mole (quantità di sostanza) e candela (intensità luminosa).
Gli standard statali sono un tesoro nazionale. Ma questo magnifico sette è il più prezioso tra loro. E quattro misure - metro, ampere, kelvin e chilogrammo - sono immagazzinate a San Pietroburgo.
MIGLIORE SULLA TERRA
- Siamo i migliori al mondo in kelvin! - dice l'istituto. - Gli sviluppi domestici sono in grado di espandere la gamma fino a 3.473 gradi Kelvin e ridurre l'errore di riproduzione da una volta e mezzo a due volte.
Kelvin occupa mezza stanza Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Lo zero sulla scala Kelvin è uguale a meno 273 gradi Celsius. Lo standard di temperatura sembra tutt'altro che un termometro: un'installazione dei più complessi emettitori di calore, una varietà di lenti, due corpi assolutamente neri e diversi computer, basati su effetti quantistici, occupa mezza stanza. Il settanta per cento delle parti è russo.
La stanza dove "vive" il kelvin è mantenuta a temperatura costante: anche una breve permanenza di una compagnia di persone in laboratorio influisce sulle letture.
La misura della temperatura è composta da molti emettitori e lenti Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Ora stiamo confrontando il nostro kelvin con il giapponese, - spiega il custode del kelvin Anatoly Pokhodun. - Il processo stesso richiede molto tempo: per confrontare in un punto - circa due ore, eppure è necessario in molti. Una persona non può farlo. Ci sono voluti dieci anni per prepararsi a questo confronto.
COPPIE FREDDE
Il re tra le grandezze elettriche è ampere. Ma lentamente c'è un riorientamento verso gli standard quantistici di volt (tensione) e ohm (resistenza). Volt "vive" in un'installazione complessa, collocata in una stanza schermata. Le misurazioni vengono eseguite a temperature estremamente basse.
- Le temperature più basse vengono utilizzate quando si riproducono quantità elettriche speciali, - spiega il detentore del volt Alexander Katkov. - Le temperature raggiungono i millikelvin. Le vibrazioni termiche degli atomi al loro interno sono così piccole da non distruggere le proprietà elettriche dei materiali. I volt a quattro kelvin vengono misurati con una precisione da dieci a meno undicesima potenza.
Questo è approssimativamente come appare il volt di riferimento Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Essenzialmente, un volt è un microcircuito incorporato nell'elio liquido. "Abbiamo sviluppato l'unico volt standard al mondo", osserva Kirill Gogolinsky. - Con l'aiuto di esso, sono stati effettuati confronti internazionali e abbiamo mostrato i migliori risultati nel mondo.
Ohm preferisce anche il freddo estremo. La resistenza può essere tracciata letteralmente da un elettrone.
- Uno dei problemi è l'attuale campo magnetico, - dice il custode dell'ohm Yuri Semenov. - Non è facile ricavarne microstrutture. Ma dobbiamo misurare le nanometrie.
… E così - oh Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
C'è un tavolo di pietra nel mezzo del laboratorio di Volt. Ma questo non è solo un mobile: è … l'apice di una fondazione a tre piani da 750 tonnellate di un edificio separato all'interno dell'edificio. Il "thermos" di cemento è indipendente dalle pareti esterne. Dopotutto, nemmeno la minima vibrazione - dalla trafficata Moskovsky Prospekt, dalla vicina stazione della metropolitana Tekhnologichesky Institut, dai tram che corrono su Zagorodnoye - non dovrebbe raggiungere il Sancta Sanctorum, fino a un chilogrammo.
"PENSARE" E "INVECCHIARE"
Se gli standard delle sei unità di misura di base sono basati su costanti fisiche e non dipendono dal "ferro", allora il chilogrammo è l'ultimo artefatto standard. Cioè, anche se perfetto, ma un oggetto.
Nessun tappo e tramoggia può salvare il metallo dalla “ perdita di peso ” Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
"Lo standard mondiale per il chilogrammo è un peso immagazzinato a Sevres vicino a Parigi", spiega Gogolinsky. - Ce ne sono copie in tutti gli istituti metrologici del mondo. La situazione è questa: se rubi il chilogrammo principale in Francia, il mondo intero perderà un chilogrammo.
Il chilo principale russo (e il suo gemello di scorta) ha 125 anni. È un peso costituito da una lega di platino e iridio con un'altezza e un diametro di 39 millimetri. Un chilogrammo viene conservato sotto un tappo ermetico in una cassaforte dietro tre serrature in un bunker separato in un laboratorio con una certa umidità e temperatura, che si trova nell'edificio "thermos".
Il chilogrammo perfetto espresso in termini di costanti è il sogno di un metrologo Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Tiriamo fuori lo standard ogni cinque anni per il confronto con le copie, - dice il custode del chilogrammo Viktor Snegov. - L'ultima volta che sono stati confrontati con lo standard parigino è stato nel 1993 e nel 2013.
Ma anche in tali condizioni, il chilogrammo russo "ha perso peso". Finora, un microgrammo con un errore di misurazione di tre microgrammi. Ma il suo progenitore francese nel tempo è diventato più leggero di cinquanta microgrammi. Il motivo, suggeriscono gli scienziati, è il movimento degli atomi e il microtrasferimento di particelle metalliche ai supporti durante i confronti.
Aprire una cassaforte con un chilogrammo è una procedura solenne e laboriosa Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Il precedente standard mondiale per il chilogrammo era molto meno affidabile e conveniente: era un decimetro cubo di acqua distillata. Lo standard di massa dipendeva involontariamente dallo standard di lunghezza. Ora ci sono i comparatori del vuoto: bilance ultramoderne in grado di contare un oggetto per atomi.
Comparatore: bilance in grado di contare gli atomi Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
"Entro il margine di errore, il nostro chilogrammo attuale non è cambiato, ma i requisiti stanno crescendo", afferma Kirill Gogolinsky. - C'è un problema non solo di accuratezza, ma anche di conservazione e riproduzione del chilogrammo in quanto tale.
43 ZERO
L'economia e l'industria in via di sviluppo richiedono di aumentare il numero di cifre decimali.
"La ridefinizione è attesa da tempo: le industrie di precisione, come la farmacologia, si stanno sviluppando attivamente", osserva Alexey Abramov. - Ma il contributo della metrologia all'economia è l'uno per cento del PIL.
Anche lo standard di massa di riserva ha 125 anni Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
La comunità mondiale prevede di passare da standard creati dall'uomo a valori quantistici assolutamente precisi nel 2018.
"Ci sono due progetti internazionali dedicati al nuovo standard del chilogrammo", spiega Viktor Snegov. - Il primo è la determinazione del chilogrammo attraverso la costante di Planck utilizzando le cosiddette scale in watt, che mettono a confronto l'energia meccanica ed elettrica. Il secondo è il percorso della costante Avogadro e della sfera di silicio.
Una palla di un chilogrammo di isotopo di silicio 28 può essere scambiata per lo stesso peso. Ma c'è una differenza importante: gli scienziati sanno quanti atomi ci sono in questa palla. È - è spaventoso dirlo - circa cinquanta settilioni di pezzi (dopo cinque - 43 zero). Se l'umanità si sposta da un peso a una sfera, allora la domanda su cosa sia un chilogrammo troverà risposta: "Questa è la massa di tanti atomi di silicio-28". I comparatori aiuteranno a riprodurre nuovi standard. E nessun invecchiamento del metallo, nessuna discrepanza.
Il chilogrammo principale della Russia ha molti “ figli ” in acciaio Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Il silicio è un elemento molto stabile: decade dopo miliardi di anni, il suo strato di ossidazione è minimo, - spiegano gli scienziati. “Ha una struttura cristallina, quindi la molatura può raggiungere lo stesso numero di atomi di diametro in tutte le direzioni. La palla è la forma più ottimale.
Ci sono circa un centinaio di queste sfere nel mondo adesso. I primi due costano due milioni di euro: solo la lucidatura del più puro silicio di fabbricazione russa, avvenuta in Australia, è durata due anni.
A QUEST'ORA:
Un tecnoparco apparirà a Lomonosov, dove verranno creati nuovi standard
Nella lotta per l'indipendenza dalle importazioni, la Russia "preme" sulla metrologia. Un tecnoparco apparirà sulla base del Mendeleev Research Institute di Lomonosov, dove creeranno nuovi standard e svilupperanno sistemi di misurazione automatici.
"Il Technopark unirà sviluppatori e produttori russi di apparecchiature di misura e la competenza di Rosstandart", afferma Andrey Khovanskiy, capo del dipartimento dei progetti di investimento di VNIIM intitolato a Mendeleev. - Stiamo pianificando una completa esclusione delle importazioni. Se ora è l'89%, entro il 2020 sarà almeno il cinquanta.
VNIIM prende il nome da Mendeleev / kp.ru
Il tecnoparco sarà pienamente operativo nel 2022. Ora, sul sito di 35,5 ettari, ci sono diciotto edifici, inclusi edifici unici: edifici immuni al rumore, laboratori sotterranei. È vero, hanno bisogno di riparazioni. Durante la prima fase appariranno sul sito cinque edifici industriali, un complesso logistico, un edificio per uffici e tre edifici residenziali per specialisti non residenti.
La progettazione richiederà un anno, la riparazione e la costruzione altri due. Tutto ha bisogno di 9,1 miliardi di rubli.
VNIIM prende il nome da Mendeleev / kp.ru
Innanzitutto, il tecnopark si occuperà di sistemi di misurazione automatizzati nel campo dell'ecologia. Sono inoltre previste misure elettrochimiche per la medicina, metrologia di sistemi cyber-fisici "intelligenti", metrologia del complesso gas e petrolchimico. E allo stesso tempo - lo sviluppo della base di riferimento. Inoltre, i residenti lo faranno solo sulla propria attrezzatura.
"Stiamo discutendo un pacchetto di incentivi fiscali per i parchi tecnologici", afferma Maxim Meiksin, presidente del Comitato per l'industria e l'innovazione di San Pietroburgo. - La realizzazione delle apparecchiature di misura e tutto quanto ad essa connesso sarà inserita nell'elenco delle attività per le quali verranno azzerate le aliquote.
Una decina di organizzazioni sono già pronte a lavorare nel tecnopark. Smolny crede che il Lomonosov Technopark diventerà un "serio progetto rivoluzionario".
Anna POSLYANOVA
