Чтобы спасти килограмм, его привяжут к числу Авогадро

Как известно, с недавних пор мировой науке стал угрожать системный кризис, связанный с неопределенностью одной из главных единиц системы СИ – килограмма. Международный эталон килограмма на сегодня представляет собой цилиндр из сплава платины и иридия, с 1889-го года хранящийся в Париже, укрытый двумя стеклянными колпаками в специальном сейфе Международного бюро мер и весов. Он представляет собой единственную единицу измерений системы СИ, которая основана не на известных физических константах, а на бережно хранимом куске металла, с которым неизвестно что происходит и может еще произойти.

Дело в том, что, несмотря на жесточайшие предосторожности, масса этого цилиндра и его шести точных копий меняется – в частности, из-за того, что на его поверхности оседает пыль. И хотя эталон вместе с копиями регулярно принимают паровые ванны, за столетие разница в весе между ним и его копиями достигла 50 микрограмм, а это уже почти катастрофа.

Чтобы в дальнейшем избежать подобных неприятностей, ученые пытаются различными способами переопределить килограмм, привязав его, вслед за метром и секундой, к нерушимым физическим константам. В частности, такой константой предлагается сделать число Авогадро, которое, как мы помним из курса школьной физики, равно 6,022*1023 и представляет собой количество атомов в одном моле.

Эта копия эталона была доставлена в Германию в 1949 с официальной массой 1 кг + 81 мкг. Как и все остальные копии она хранится под двумя стеклянными колпаками. Тем не менее уже по прошествии 40 лет ее масса увеличилась на 31 мкг.

Проблема здесь в том, что и само число Авогадро на сегодня определено не совсем точно. Однако прогресс намечается, особенно после того, как германские ученые из Физико-технического федерального ведомства (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) сумели его уточнить с помощью килограммовой кремниевой сферы. В отличие от металлического сплава, кремний имеет четкую кристаллическую структуру, в каждой ячейке которой помещается по 8 атомов, поэтому, зная объем, подсчитать количество атомов в нем намного проще, чем в платиновой болванке, где все атомы свалены "в кучу".

Эту сферу полировали три года, и она стала такой совершенной, что если можно было бы увеличить ее до размера Земли, то самая высокая гора на ней не превышала бы и трех метров. С помощью этой сферы физики уточнили число Авогадро, и с 12 октября оно стало равняться 6,02214084*1023, при этом погрешность измерения составляет 30 частей на миллион.

Этого пока еще недостаточно, поскольку погрешность измерения веса для парижского эталона меньше – 20 частей на миллион. Но, по словам одного из участников кремниевого проекта Эдвина Вильямса (Edwin Williams) из Национального института стандартов и технологий, "мы подошли очень близко к цели, и это большой шаг".