Kui palju kaal kaalub?

KAHE KUUGA KOBEDAKS - 2 osa. Mida söön kaalu langetamiseks? (Juuli 2019).

Anonim

Kilogramm ei kaalu veel kilogrammi. Neljapäeval, 26. oktoobril CERNis toimunud seminaril kuulutati välja see kurb uudis professor Klaus von Klitzing, kes sai 1985. aasta Nobeli füüsikapreemia auhinna, et avastada kvanteeritud Halli efekt. "Me peame tunnistama revolutsioonilist muutust kilogrammi määratlemisel, " teatas ta.

Koos kuue teise ühikuga - meeter, teine ​​ampere, kelvin, mool ja candela - kilogramm massiühik on osa rahvusvahelistest üksuste süsteemist (SI), mida kasutatakse iga mõõdetava objekti või nähtus looduses numbritega. Selle seadme praeguse määratluse aluseks on väike plaatina ja iiriiidi silinder, mida nimetatakse "le grand K" ja mille mass on täpselt üks kilogramm. Silinder on loodud 1889. aastal ja alates sellest ajast on see hoitud turvaliselt kolme klaasist klaaspurki kõrgel turvalisusel, Pariisi äärelinnas. On üks probleem: praegune standardkilogramm on kehakaalu langus. Umbes 50 mikrogrammi, hiljemalt kontroll. Piisavalt, et see erineks tema ühekordsest identsest koopiast, mis on salvestatud üle maailma laboratooriumides.

Selle kaalu (y) probleemi lahendamiseks otsisid teadlased kilogrammi uut määratlust.

Kvalifikatsiooni ja mõõtude üldkonverentsil 2014. aastal leppis teaduslik metroloogiaühendus ametlikult kokku kilogrammi uuesti määratleda Plancki konstandi (h) mõttes, kvantmehaaniline kogus, mis seostab osakese energiat selle sagedusega, ja Einsteini võrrandi kaudu E =mc2, selle massini. Plancki konstant on üks meie universumi põhiarvud, kogus, mis on üldiselt looduses fikseeritud, näiteks valguse kiirus või prootoni elektriline laeng.

Plancki konstantil määratakse täpne fikseeritud väärtus, mis põhineb kogu maailmas saadud parimatel mõõtmistel. Kilogramm määratakse ümber Plancki konstanti ja massi vahelise suhte kaudu.

"Midagi ei pea muretsema, " ütles Klaus von Klitzing. "Uus kilogramm määratletakse nii, et meie igapäevaelus ei muutu midagi (see ei muuda ka kilogrammi täpsemaks), muudab see lihtsalt stabiilsemaks ja universaalsemaks."

Kuid uuesti määratlemine ei ole nii lihtne. Rahvusvahelise mõõtmiskokkuleppe tagamise eest vastutav rahvusvaheline kaalude ja mõõtude komitee on kehtestanud ranged nõuded järgitava menetluse suhtes: kolm Plancki konstanti mõõdetavat sõltumatut eksperimenti peavad kokku leppima kilogrammi tuletatud väärtuses, mille ebakindlus on väiksem kui 50 osa ühe miljardi kohta ja vähemalt üks peab saavutama ebakindluse allapoole 20 osa miljardi kohta. Selles olukorras on viiskümmend osa miljardit ligikaudu 50 mikrogrammi - ripsmete massi kohta.

Kaks eksperimendi liiki on osutunud võimeliseks seostama Plancki konstantse massiga sellist erakordset täpsust. Üks meetod, mida juhib rahvusvaheline meeskond, mida tuntakse Avogadro projektiga, tähendab aatomite loendamist räni-28 sfääris, mis kaalub sama kui võrdluskilogramm. Teine meetod hõlmab teatavat skaalat tuntud kui vatt (või Kibble'i) tasakaal. Siin tasakaalustavad elektromagnetilised jõud võrdluskilogrammi abil kalibreeritud katsemassi abil.

Ja just sellepärast, et 1980. aastal aset leidnud Klaus von Klitzingi oluline avastus, mis sai temale Nobeli füüsikapreemia, sai mängida. Teadlased kasutavad kahe erineva kvant-elektrilise universaalse konstanti, et saada voolu tasakaalu elektromagnetilistest jõududest voolu ja pinge väga täpsed mõõtmised. Üks neist on von Klitzingi konstant, mis on tuntud äärmise täpsusega ja mida saab omakorda defineerida Plancki konstant ja elektroni laengu poolest. Von Klitzingi konstantis kirjeldatakse, kuidas resistentsus kvantiseerub fenomenis, mida nimetatakse "kvanthaali efektiks", kvantmehhaanilisteks nähtusteks, mis on täheldatud siis, kui elektronid on piiratud madala temperatuuri ja tugevate magnetväljadega madala õhukese metallikihiga.

"See on tõesti suur revolutsioon, " ütles von Klitzing. "Tegelikult on seda Prantsuse revolutsiooni ajal peetud suurimaks revolutsiooniks metroloogias, kui Prantsuse Teaduste Akadeemia tutvustas esimest ülemaailmset üksuste süsteemi."

CERN mängib oma osa selles revolutsioonis. Laboratoorium osales metroloogiaprojektis, mille käivitas Šveitsi metroloogiaamet (METAS), et ehitada üles vatttasakaal, mida kasutatakse uue kilogrammi määratlemise levitamiseks Plancki konstantse täpsete mõõtmiste abil. CERN andis olulise elemendi watt-tasakaalu: magnetvooluring, mis on vajalik elektromagnetilise jõu genereerimiseks, mis on tasakaalustatud katsemassiga. Magnet peab mõõtmise ajal olema väga stabiilne ja tagama väga ühtlase magnetvälja.

menu
menu