游戏结束为原始公斤公制改革迫在眉睫

7月1日午夜,法国各地的时钟敲响了他们预示着公斤我们所知道的。直到那一刻,科学家可以提交测量,用于定义的四个七个基本单位:千克,安培,开尔文和鼹鼠。明年,这项工作将结束统治的128岁高龄的公斤人工制品,改变每一个质量测量的基础。

“真正的动力来自于需求重新定义千克——这是唯一的基本单位,仍然是定义为一个独特的人工制品,”理查德·布朗说,从国家物理实验室(不良贷款),英国计量研究所和一些咨询委员会的成员为国际度量衡委员会服务。公斤已经陷入困境的计量人员几十年来,直到1999年,他们同意调查方式打破之间的联系单位的定义和人工制品。

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迈克尔•德波德斯塔国家物理实验室

法院的决定是使用自然常数,被认为是在宇宙的生命周期稳定,作为单位的基础——已经与米的情况下,定义为光速。

一个很关键的问题

喜欢有工作的重新定义是你家的基础上:你花很多钱做,但后来,一切看起来完全相同的,因为一切的做的是地下,”说迈克尔·德·波德斯塔不良贷款,物理学家和主要研究科学家。这就引出了一个问题:为什么改变公制吗?

代表公斤——国际的物理对象的原型千克(IPK)也更亲切地称为le grand K——是铂铱缸制造于1879年,被选为的公斤10年。只有少数人看过大K;它坐落在几个嵌套钟形罩在triple-locked库国际度量衡局(BIPM)在法国六妹妹旁边,都保持在恒定的温度和湿度。

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莱昂曹国伟,国家标准与技术研究院

但单位仅仅定义为一个人工制品有其自身的问题。如果该对象以任何方式改变,单位变化。每隔四年大K从存储中删除验证67册的质量储存在世界各地的计量实验室。虽然IPK总重-定义- 1公斤,复制的质量似乎随着时间的漂移,使它有可能大K本身也发生了变化。

研究人员表明,微量的空气污染物,主要汞和碳化合物,押金铂重量、每分钟改变它们的质量。¹“现在IPK为零的不确定性。所以即使是漂流,没有人知道,说,因为它是引用Darine哈达德国家标准与技术研究院(NIST)在美国。

新定义的目的是缓解这一问题,分离单元的定义及其实现。“千克的定义目前一样的方式你意识到——比如,如果你想知道或一公斤需要公斤原型和复制,”德波德斯塔解释道。这个的缺点是,随着技术的发展,你锁在使用100岁的技术实现。你想要一个定义——也许是不可避免的,而抽象,你真的一个单元是什么意思。

单位的基础物理与他们特定的自然常数,而与对象不同,没有改变。定义的公斤将普朗克常数,h量子力学量约为6.62 x10⁻³⁴米²公斤/ s。

现在的挑战是衡量这个常数与现有公斤尽可能准确地定义和商定一个固定的数值。但是计量人员必须仔细选择,使用错误的价值意味着改变单位。

平衡的测量

计量人员发明了无数的高精度测量,普朗克常数,但最突出的最后期限是6月30日之前阿伏伽德罗项目的硅球体和瓦特(或粗磨)的平衡。

“瓦特平衡基本上是牛顿物理与量子物理学,“哈达德说,谁是向上NIST的瓦特平衡团队。而常规的重力平衡比较校准对象和一个未知的对象,在一个吊桶平衡校准对象被替换为一个使用线圈产生的电磁力和永久磁铁。

来确定h,哈达德的团队调整资产与研究所的份大k的平衡就像一个黑盒子:要么你把一公斤(普朗克常数)出来,或者你把h在公斤出来,解释道Stephan SchlammingerNIST,基本电气测量小组。

瓦特平衡也可能是唯一的高精度仪器人们在家里就可以完成。人们很难看到实际的功率平衡和理解它的工作原理,”说莱昂曹国伟团队的机械工程师,这就是为什么我们桌面版由乐高”。虽然不像真正的准确,乐高版完全操作——团队甚至发表了一份零件清单和指令。

完美的圆

虽然没有东西可以很容易地复制在家里,阿伏伽德罗项目的硅球体的视觉更惊人的计量实验。的范围大约是直径93毫米,看起来像一个大的球轴承和一个高度反光的表面,”说凯蒂绿色精密光学组的组长联邦科学与工业研究组织(CSIRO),描述了对象协作的努力造成的八个国际计量机构。

如果球是地球的大小,最高山峰的顶端和地面的最深的山谷将由10 m

阿伏伽德罗项目的1公斤硅球体是一个强大的竞争对手最完美的圆形物体的存在。如果球是地球的大小,最高山峰的顶端和地面的最深的山谷将由10 m。球面的目的是创建一个对象,可以用来定义阿伏伽德罗常数,”解释了绿色。

阿伏伽德罗常数与小普朗克常数,N_一个是巨大的,其值约为6.022×10²³摩尔¹。它描述了粒子数——通常是原子或分子——一摩尔的物质。阿伏伽德罗常数鼹鼠将发挥核心作用的新定义,取代当前的描述一摩尔的包含尽可能多的基本实体有原子在12 g碳12的。

测定阿伏伽德罗常数,阿伏伽德罗团队需要找到一种方法来计算原子的数量的球体。自计数数十亿亿原子分别是不可能的,科学家们计算数量通过确定球的质量和体积,原子单位细胞的数量,晶格间距和摩尔质量。

从理论上讲,这可能与任何物质已经做过,但在实践中分子的有序排列在一个水晶最适合精确的原子数。这就是为什么阿伏伽德罗球体99.995%的包含一个硅同位素和接近完美的球体。

采取一个更广泛的观点

阿伏伽德罗常数的测量项目还提供了普朗克常数的值:h与N_一个通过Rydberg常数。但是而不是竞争对手,阿伏伽德罗球体和瓦特平衡互补。两测量同意的事实是一个非常强有力的声明,“Schlamminger言论。

并同意:不确定性的价值h都很小,不到10十亿分之几的测量目前领先的准确性。“最准确的测量是一个来自加拿大国家研究委员会,不确定性的9.2十亿分之几,“Schlamminger说。还有阿伏伽德罗计划的硅球12十亿分之几的不确定性和瓦特平衡值是第三个最准确的一个不确定性的13个十亿分之几。

一般人的变化,答案,根据布朗是:不是很多。“人想知道这一变化的必要性,因为它不会影响自己的工作,”说理查德•戴维斯名誉校长BIPM研究物理学家。“你需要一个更广泛的观点。在未来,精密测量更容易与新SI更新。”

现在,科学家们有一个一年多来分析结果。2018年11月,重量和措施会议将再次会面,希望最终使新定义官方和公制回到它它的发明者在1799年计划:一个来自大自然的测量系统。

确认

由于理查德·布朗,迈克尔股票,理查德•戴维斯Darine哈达德,Leon曹国伟Stephan Schlamminger,凯蒂绿色和迈克尔·德·波德斯塔有益的讨论。