Номер 06, 2009

НОВЫЙ КИЛОГРАММ будет определяться постоянным количеством атомов кремния...

Конец металлическим цилиндрам: вскоре килограмм будет определяться постоянным количеством атомов кремния. Нововведение, кладущее конец исключению: до сих пор килограмм был единственной мерой измерения, привязанной к материалу. Все остальные меры (метр, секунда, градус, ампер и т. д.) могут быть определены с экстремальной точностью в лаборатории.

Сегодня международный эталон килограмма является цилиндром (под стеклянными колпаками) – сплавом 90% платины и 10% иридия. Хранится в Международном бюро мер и весов в Севре под Парижем с 1989 года.

Килограмм, взвешенный с точностью до атома

Австралийским специалистам Национального исследовательского центра понадобился целый год, чтобы изготовить этот шар диаметром 93,6 мм. Самый идеальный в мире. Самые крупные неровности не превышают 30 миллионных миллиметра. Выточен из крупного кристалла сверхчистого кремния, плода трехлетних трудов группы русских металлургов и немецких физиков.

Когда закончится полировка шара, ученые проведут его радиографию, чтобы сосчитать количество атомов кремния. С 2011 года масса из точного количества атомов будет определять килограмм. Десяток других шаров-двойников будут разосланы по мировым лабораториям, чтобы стать моделями для изготовления других эталонов.

Электроны для подсчета секунд

Для замера одной секунды ученые рассчитывают время, необходимое электронам атома цезия для 9 192 631 700 переходов с верхнего энергетического уровня на нижний энергетический уровень. Физики помещают десятки миллионов этих атомов цезия в реактор (иллюминатор слева) и возбуждают их микроволнами. Электронная система подсчитывает количество энергетических переходов. Ошибка таких атомных часов ниже 1 секунды за 3 миллиона лет.

Холод для расчета амперов

Ампер выражает силу электрического тока, иными словами – количество электронов, движущихся в цепи. Для оценки абсолютного количества физики изобрели чип (в пинцете), который позволяет пропускать электроны по одному в туннель-проводник, чтобы их пересчитать. Цепь помещена в криостат (справа) для охлаждения до 20 тысячных градуса выше абсолютного нуля (-273,15оС). Так было рассчитано, что ампер соответствует проходу 6 241 509 479 607 717 888 электронов в секунду!

Свет для калибровки метра

С 1983 года метр определяется как длина, пройденная в вакууме светом в 1/299 792 458 секунды. Для измерения физики используют лазерные импульсы (зеленый луч внизу слева), который отражается в зеркалах. Три стеклянных трубки, наполненные йодом (желтым) юстируют лазер. Электронная система замеряет отскоки лучей от зеркал и пройденное расстояние. Эта длина делится на количество отскоков для определения эталона метра.

Магнетизм для замера температуры

На кельвиновой шкале температур нуль К равен -2734,15оС. Это граничный барьер, ниже которого опуститься невозможно. Температура является замером движения материя. Физики подходят к абсолютному нулю в два этапа с помощью трубки на снимке. Вначале используется температура жидкого гелия. Температура опускается до 0,1оК. Потом электромагниты на сверхпроводниках, охлажденные гелием, генерируют магнитное поле, которое останавливает движение электронов. Температура опускается до 0,000065 Кельвина.

К началу ^