Cele 54 de țări care folosesc kilogramul ca unitate doresc să îl adapteze secolului 21 cu o nouă definiție pentru care încă nu există consens

numărul atomi

Științe 31.01.2011 08:00

Există multe kilograme în lume, dar doar una este cea reală. Este o greutate care se potrivește într-o mână și este păstrată într-o boltă lângă Paris. De la crearea sa în 1880, a fost referința mondială pentru restul greutăților care calibrează scalele Spaniei și ale altor 53 de țări. Dar, potrivit experților care îl păzesc și îl analizează, kilogramul vechi nu mai funcționează.

„Un obiect realizat în 1880 nu mai este valabil ca referință pentru măsurarea masei în secolul 21”, explică John Stock, fizician la Biroul Internațional de Greutăți și Măsuri (BIPM) din Sèvres, în subsolul căruia se păstrează kilogramul original. .

Kilo original, falsificat în 1880, a slăbit, potrivit experților

Luni, Stock și alți 20 de experți în măsurători din Europa și SUA s-au întâlnit la Londra pentru a planifica o redefinire a kilogramului pe care vor trebui să le accepte cele 54 de țări, inclusiv Spania, care utilizează Sistemul Internațional de Unități. „Avem nevoie de o definiție care să fie stabilă și accesibilă tuturor”, spune Stock, comandând una dintre cele mai exacte scale din lume cu care cântărește kilogramul pentru a-și exprima valoarea pe baza unei constante universale, mai degrabă decât a unei nouăsprezece -greutatea secolului.

În fiecare an, trei bărbați coboară la subsolul unde se află kilogramul, deschid poarta și verifică dacă este încă intactă. Aceștia sunt directorul BIPM, președintele Comitetului internațional pentru greutăți și măsuri și directorul Arhivelor Franței. Fiecare păzește una dintre cele trei chei care deschid ușa.

„Prima dată când am văzut tot acest proces, mi s-a părut foarte amuzant”, explică Ian Mills, expert în microscopie la Universitatea din Reading (Marea Britanie) și unul dintre organizatorii întâlnirii de săptămâna trecută. Doar de trei ori kilogramul a fost scos din camera sa. Era pentru a verifica dacă greutatea lui era încă aceeași. Rezultatele ultimelor două cântăriri, în 1946 și 1989, au dat un rezultat deranjant: kilogramul pierduse aproximativ 0,00005 grame.

Un organism internațional va redefini unitatea de masă

„Nu știm ce s-a întâmplat cu greutatea în secolul trecut”, recunoaște Stock. La fel ca el, alte echipe din SUA, Elveția, Canada, China și alte șase țări își fac propriile calcule pe baza constantelor universale.

Eforturile sunt destinate consilierii delegaților politici ai Conferinței generale a greutăților și măsurilor (CGPM), care grupează cele 54 de țări ale Convenției metroului. Semnată în 1875, convenția a fost concepută pentru a standardiza greutatea (kilogramul), timpul (al doilea), lungimea (metrul), intensitatea curentului (ampere), temperatura (kelvin), cantitatea de substanță (mol) și intensitatea luminii (candela). ).). După întâlnirea de la Londra de săptămâna trecută, a devenit clar că acordul privind noul kilogram nu poate fi ajuns la următoarea ședință a CGPM, din octombrie.

Acordul nu poate fi încheiat înainte de 2015 sau chiar mai târziu

Motivul este discrepanța dintre cele două mari experimente care au cântărit kilogramul în funcție de două constante. Una este cea pe care Max Planck a descoperit-o în 1900 și care pune bazele fizicii cuantice. Un altul este cel propus de Amedeo Avogadro cu aproape un secol mai devreme pentru a calcula numărul de atomi dintr-un gaz pe baza volumului acestuia.

Aplicate kilogramului, propunerile ambilor autori nu sunt de acord. „Magnitudinea exactă a disensiunii este de 0,00000017”, explică Estefanía de Mirandés, un fizician din Barcelona care lucrează la redefinirea kilogramului la IBPM. Acest dezacord va fi suficient pentru a întârzia pactul internațional până la următoarea reuniune a CIPM, peste patru ani.

„Există șanse rezonabile ca noua definiție să fie aprobată în 2015, dar nu există nicio certitudine”, explică Stock. Alte trei măsuri ale sistemului internațional vor trebui să aștepte până în 2015 pentru a fi redefinite: alunița, amperul și gradul kelvin, lucru care nu place tuturor experților implicați.

„Această problemă ne-ar putea provoca probleme în viitor”, mărturisește acestui ziar fizicianul John Hall, expert în măsurarea mărimilor cu laser și câștigător al Premiului Nobel pentru fizică în 2005. Potrivit lui Hall, redefinirea poate cauza o „deconectare cu trecutul”.

Greutatea franceză a fost falsificată la Londra acum 131 de ani pentru a reproduce așa-numitul „kilogram de arhive” cu cea mai mare acuratețe. A fost o măsură echivalentă cu greutatea unui litru de apă stabilită de Guvernul Franței în 1795, în timp ce țara ducea un război împotriva puterilor europene care doreau să zdrobească revoluția.

Amperele, kelvinul și alunița vor fi, de asemenea, verificate

Compania britanică Johnson Matthey, încă în funcțiune, a lustruit cu atenție un cilindru înalt de 39 milimetri din platină, astfel încât greutatea sa să fie cât mai aproape de cea a unui litru de apă. Greutatea a fost păstrată de atunci în camera BIPM împreună cu șase exemplare. Greutățile originalului și copiile, mai mult de un secol mai târziu, sunt misterios diferite. „Nu știm dacă unii câștigă masă și alții o pierd, sau despre câtă masă vorbim exact”, recunoaște Mills. Diferența este atât de mică încât nu va provoca lupte între vânzătorii de fructe și clienți, dar va provoca dezbateri științifice în laboratoarele din întreaga lume și probleme pentru studenți. „Obiectivul redefinirii nu este de a face conceptul cât mai simplu posibil, ci de a stabili o unitate de masă cât mai stabilă în timp”, susține Stock.

Motivul schimbării este că nu există nimic mai stabil cu care kilogramul original poate fi comparat pentru a-și stabili greutatea reală. Aici intervine constanta lui Planck, o valoare imuabilă în natură care va fi folosită ca referință pentru a exprima valoarea kilogramului. În 1983, o altă constantă a naturii, viteza luminii, a fost utilizată pentru a redefini contorul.

Există două modalități de a cântări kilogramul cu precizie maximă. Una este să folosiți o scară de putere. Pe o parte este kilogramul și pe cealaltă o bobină prin care circulă curenți electrici care reproduc constanta lui Planck, aproape, dar nu egală cu, greutatea unui electron.

Dintre cele cinci scale care există în lume (SUA, Canada, Elveția, Franța și BIPM), doar cea americană a oferit rezultate până acum. Cealaltă modalitate este utilizarea constantei lui Avogadro, care este numărul de 12 atomi de carbon din 12 grame din acea substanță. Deoarece atât Planck, cât și Avogadro sunt constante ale naturii, estimările lor ale kilogramului ar trebui să fie identice, dar nu sunt.

"Discrepanța este o parte din zece milioane și obiectivul nu este de a depăși două sau trei părți la 100 de milioane", rezumă Mills. Nu este singura problemă. Redefinirea are nevoie de confirmări suplimentare de la alte experimente care nu vor ajunge timp de alți doi ani, în cazul echilibrului de putere pe care îl folosește Stock și altor greutăți și mai precise care sunt încă în construcție.

Nobel Hall solicită, de asemenea, ca mai multe replici ale kilogramului, inclusiv cele utilizate de companii, să fie cântărite înainte de adoptarea noii valori. În total, procesul de redefinire a fost în desfășurare din 1976, potrivit Stock. Cu mult înainte de sfârșit, poate anul acesta, cei trei custodi ai kilogramului vor deschide din nou camera și vor lua greutatea pentru o nouă cântărire care ar putea oferi noi surprize.

Cei care se schimbă

Reflectă intensitatea unui curent electric și poartă numele fizicianului André-Marie Ampère. Magnitudinea sa este exprimată în coulombi pe secundă, dar acum doriți să o exprimați în termeni de încărcare electrică a unui electron.

Alunița vrea să fie redefinită pentru a exprima constanta Avogadro, a cărei unitate de măsură este numărul de atomi de carbon 12 care conțin 12 grame din acea substanță. Alunița măsoară cantitatea unei substanțe.

A fost creat de William Thomson, primul baron Kelvin, în 1848, pe baza gradului Celsius, stabilind punctul zero la -273,15 ° C. Acum doriți să utilizați constanta Boltzmann care leagă energia și temperatura.

Cei care rămân

A trecut de la măsurarea ca funcție a unei bare metalice păstrate în BIPM la exprimarea ca funcție a unei constante a naturii care nu se schimbă. Acum este distanța pe care o parcurge lumina într-o perioadă de aproape 300 de milioane de ori mai mică decât o secundă.

Primele sale definiții s-au bazat pe mișcarea Pământului față de Soare. A trecut printr-un proces lung și complex de redefinire care s-a încheiat în 1967 cu o secundă calculată în funcție de ciclurile lunare cu un ceas atomic.

Măsoară intensitatea unei surse de lumină. A fost formulat în 1949 pe baza luminii emise de un centimetru pătrat de platină pură în stare solidă la temperatura punctului său de topire, situat la 1.776º C.