✖


Jump to content

Альтернативные подходы к новому определению килограмма

    Add links

    Научное сообщество рассмотрело несколько подходов к переопределению килограмма , прежде чем в ноябре 2018 года приняло решение о переопределении базовых единиц СИ. Каждый подход имел свои преимущества и недостатки.

    До нового определения килограмм и несколько других единиц СИ, основанных на килограмме, определялись искусственным металлическим объектом, называемым международным прототипом килограмма (IPK). [1] Было достигнуто широкое согласие о том, что старое определение килограмма следует заменить.

    Система СИ после переопределения в 2019 году: килограмм теперь фиксируется в секундах , метре и постоянной Планка .

    В ноябре 2018 года Международный комитет мер и весов (CIPM) утвердил новое определение базовых единиц СИ, согласно которому килограмм определяется путем определения постоянной Планка , равной точно 6,626 070 15 × 10. −34  kg⋅m 2 ⋅s −1 . Этот подход фактически определяет килограмм через секунду и метр и вступил в силу 20 мая 2019 года. [1] [2] [3] [4]

    В 1960 году метр, который ранее аналогичным образом определялся в отношении одного платино-иридиевого бруска с двумя отметками на нем, был переопределен в терминах инвариантной физической константы (длина волны определенного излучения света, испускаемого криптоном , [5] а позже и скорость света ), чтобы стандарт можно было независимо воспроизвести в разных лабораториях, следуя письменной спецификации.

    На 94-м заседании Международного комитета мер и весов (CIPM) в 2005 году было рекомендовано сделать то же самое и с килограммом. [6]

    В октябре 2010 года CIPM проголосовал за представление резолюции на рассмотрение Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM), чтобы «принять к сведению намерение» определить килограмм через постоянную Планка h ( которая имеет размеры энергии, умноженной на время) вместе с другими физическими константами. [7] [8] Эта резолюция была принята 24-й конференцией CGPM. [9] в октябре 2011 г. и далее обсуждались на 25-й конференции в 2014 г. [10] [11] Хотя Комитет признал, что был достигнут значительный прогресс, они пришли к выводу, что данные еще не кажутся достаточно надежными для принятия пересмотренного определения и что необходимо продолжить работу, чтобы обеспечить принятие на 26-м заседании, запланированном на 2018 год. [10] Такое определение теоретически позволило бы использовать любой аппарат, способный определить килограмм через постоянную Планка, если бы он обладал достаточной точностью, аккуратностью и стабильностью. Баланс Kibble — один из способов сделать это.

    В рамках этого проекта на протяжении многих лет рассматривалось и исследовалось множество самых разных технологий и подходов. Некоторые из этих подходов основывались на оборудовании и процедурах, которые позволяли бы воспроизводимо производить новые прототипы килограммовой массы по требованию с использованием методов измерения и свойств материалов, которые в конечном итоге основаны на физических константах или прослеживаются на них. Другие были основаны на устройствах, которые измеряли либо ускорение, либо вес килограммовых испытательных масс, настроенных вручную, и которые выражали их величины в электрических терминах с помощью специальных компонентов, которые позволяют отслеживать физические константы. Такие подходы основаны на преобразовании измерения веса в массу и, следовательно, требуют точного измерения силы тяжести в лабораториях. Все подходы точно фиксировали бы одну или несколько констант природы на определенном значении.

    Баланс корма

    [ редактировать ]
    — от NIST Весы Kibble это проект правительства США по разработке «электронного килограмма». Сверху виден купол вакуумной камеры, опускающийся над всем аппаратом.
    Основная статья: Баланс корма

    Весы Киббла (до 2016 года известные как «ваттные весы») по сути представляют собой с одной чашкой весы , которые измеряют электрическую мощность , необходимую для противодействия весу килограммовой испытательной массы, притягиваемой гравитацией Земли. Это разновидность амперного баланса с дополнительным этапом калибровки, устраняющим влияние геометрии. Электрический потенциал в весах Киббла определяется стандартом напряжения Джозефсона , который позволяет связать напряжение с инвариантной константой природы с чрезвычайно высокой точностью и стабильностью. его цепи Сопротивление откалибровано по квантовому эффекту Холла стандарту сопротивления .

    Весы Киббла требуют чрезвычайно точного измерения локального гравитационного ускорения g в лаборатории с помощью гравиметра . Например, когда высота центра гравиметра отличается от высоты близлежащей испытательной массы на весах Киббла, NIST компенсирует градиент гравитации Земли в 309 мкГал /м , что влияет на вес однокилограммовой испытательной массы примерно на 316 мкг/м .

    В апреле 2007 года реализация весов Киббла в NIST продемонстрировала комбинированную относительную стандартную неопределенность (CRSU) 36   мкг. [12] [Примечание 1] Великобритании В 2007 году весы Kibble Национальной физической лаборатории продемонстрировали CRSU 70,3   мкг. [13] Эти весы Kibble были разобраны и отправлены в 2009 году в Канадский институт национальных эталонов измерений (входит в состав Национального исследовательского совета ), где исследования и разработки устройства могли быть продолжены.

    Преимущество электронных реализаций, таких как весы Киббла, заключается в том, что определение и распределение килограмма больше не зависит от стабильности прототипов килограммов, с которыми необходимо очень осторожно обращаться и хранить. Это освобождает физиков от необходимости полагаться на предположения о стабильности этих прототипов. Вместо этого можно просто взвесить и задокументировать настроенные вручную эталоны массы с точным приближением, которые будут равны одному килограмму плюс значение смещения. С помощью весов Киббла килограмм описывается в электрических и гравитационных терминах, и все это связано с инвариантами природы; оно определяется таким образом, что его можно напрямую проследить до трех фундаментальных констант природы. Константа Планка определяет килограмм через секунду и метр. При фиксировании постоянной Планка определение килограмма зависит дополнительно только от определений секунды и метра. Определение второго зависит от одной определенной физической константы: частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133. Д н ( 133 Cs) hfs . Метр зависит от второй и от дополнительной определенной физической константы: скорости света c . После такого переопределения килограмма физические объекты, такие как IPK, больше не являются частью определения, а вместо этого становятся стандартами передачи .

    Такие весы, как весы Киббла, также обеспечивают большую гибкость в выборе материалов с особенно желательными свойствами для стандартов массы. Например, Pt‑10Ir можно было бы продолжать использовать, чтобы удельный вес вновь производимых эталонов массы был таким же, как у существующих национальных первичных и контрольных стандартов (≈21,55   г/мл). Это уменьшит относительную неопределенность при сравнении масс в воздухе . В качестве альтернативы можно было бы изучить совершенно другие материалы и конструкции с целью создания эталонов массы с большей стабильностью. Например, сплавы осмия и иридия можно было бы исследовать, если бы склонность платины поглощать водород (из-за катализа ЛОС и чистящих растворителей на углеводородной основе) и атмосферная ртуть оказались источниками нестабильности. Кроме того, осажденные из паровой фазы защитные керамические покрытия, такие как нитриды, могут быть исследованы на предмет их пригодности для химической изоляции этих новых сплавов.

    Задача весов Kibble заключается не только в уменьшении их неопределенности, но и в том, чтобы сделать их по-настоящему практичными для измерения килограмма. Почти каждый аспект весов Kibble и их вспомогательного оборудования требует такой чрезвычайно точной и точной, современной технологии, что — в отличие от такого устройства, как атомные часы — немногие страны в настоящее время готовы финансировать их работу. Например, в весах Kibble NIST в 2007 году использовались четыре эталона сопротивления, каждый из которых менялся на весах Kibble каждые две-шесть недель после калибровки в другой части штаб-квартиры NIST в Гейтерсбурге, штат Мэриленд . Было обнаружено, что простое перемещение эталонов сопротивления по коридору к весам Киббла после калибровки изменяло их значения на 10   частей на миллиард (эквивалент 10   мкг) или более. [14] Современной технологии недостаточно, чтобы обеспечить стабильную работу весов Kibble даже между двухгодичными калибровками. Когда новое определение вступит в силу, вполне вероятно, что в мире первоначально будет работать лишь несколько (в лучшем случае) весов Kibble.

    Другие подходы

    [ редактировать ]
    В кратком виде, например 1,854 87 (14) × 10 13 , цифры в скобках обозначают неопределенность при одном стандартном отклонении (1σ, уровень достоверности 68%) в том же количестве наименее значащих цифр мантиссы .

    Несколько альтернативных подходов к новому определению килограмма, которые фундаментально отличались от баланса Киббла, были исследованы в разной степени, но от некоторых отказались. Проект Авогадро, в частности, имел важное значение для решения о переопределении в 2018 году, поскольку он обеспечил точное измерение постоянной Планка, которое согласовывалось с методом баланса Киббла и не зависело от него. [15] Альтернативные подходы включали:

    Подходы к подсчету атомов

    [ редактировать ]

    проект Авогадро

    [ редактировать ]

    Ахим Лейстнер из Австралийского центра точной оптики 1   (ACPO) держит сферу из монокристаллического кремния весом кг для проекта Авогадро. Среди самых круглых искусственных объектов в мире сфера, масштабированная до размеров Земли, будет иметь высоту всего 2,4 метра над «уровнем моря». [Примечание 2]

    Международной координации Авогадро Один подход, основанный на константе Авогадро, известный как проект Авогадро , определяет и очерчивает килограмм как   сферу из атомов кремния диаметром 93,6 мм . Кремний был выбран потому, что уже существует коммерческая инфраструктура с развитой технологией создания бездефектного сверхчистого монокристаллического кремния — процесса Чохральского — для обслуживания полупроводниковой промышленности.

    Для практической реализации килограмма будет изготовлена ​​кремниевая буля (стержнеобразный монокристаллический слиток). Его изотопный состав будет измеряться с помощью масс-спектрометра, чтобы определить его среднюю относительную атомную массу. Булю разрезали, шлифовали и полировали на сферы. Размер выбранной сферы будет измеряться с помощью оптической интерферометрии с погрешностью   радиуса около 0,3 нм — примерно один атомный слой. Точное расстояние между атомами в его кристаллической структуре (≈   192   пм) будет измерено с помощью сканирующего рентгеновского интерферометра . Это позволяет определять расстояние между атомами с погрешностью всего в три части на миллиард. Зная размер сферы, ее среднюю атомную массу и расстояние между атомами, требуемый диаметр сферы можно рассчитать с достаточной точностью и низкой неопределенностью, чтобы ее можно было окончательно отполировать до целевой массы в один килограмм.

    На кремниевых сферах проекта Авогадро проводятся эксперименты, чтобы определить, являются ли их массы наиболее стабильными при хранении в вакууме, частичном вакууме или под давлением окружающей среды. Однако в настоящее время не существует технических средств, которые могли бы доказать долговременную стабильность лучше, чем у IPK, поскольку наиболее чувствительные и точные измерения массы производятся с помощью с двумя чашками, весов таких как весы с гибкими полосками FB-2 BIPM (см. § Внешние ссылки ниже). Весы могут только сравнивать массу кремниевой сферы с массой эталонной массы. Учитывая последнее понимание отсутствия долгосрочной стабильности массы у IPK и его реплик, не существует известного, совершенно стабильного массового артефакта, с которым можно было бы сравнивать. Однокорпусные весы , которые измеряют вес относительно инварианта природы, не обеспечивают необходимой долгосрочной неопределенности в 10–20 частей на миллиард. эквивалентный 5–20 Еще одна проблема, которую необходимо решить, заключается в том, что кремний окисляется и образует тонкий слой ( глубиной атомам кремния) диоксида кремния . ( кварц ) и окись кремния . Этот слой немного увеличивает массу сферы, и этот эффект необходимо учитывать при полировке сферы до конечного размера. Окисление не является проблемой для платины и иридия, оба из которых являются благородными металлами , которые примерно так же катодны, как кислород, и поэтому не окисляются, если их не уговорят сделать это в лаборатории. Наличие тонкого оксидного слоя на прототипе массы кремниевых сфер накладывает дополнительные ограничения на процедуры его очистки, чтобы избежать изменения толщины слоя или стехиометрии оксида .

    Все подходы, основанные на кремнии, фиксируют константу Авогадро, но различаются в деталях определения килограмма. Один из подходов предполагает использование кремния со всеми тремя его природными изотопами. Около 7,78% кремния составляют два более тяжелых изотопа: 29 Си и 30 Си. Как описано в § Carbon-12 ниже, этот метод позволит определить величину килограмма через определенное количество 12 Атомы C путем фиксации константы Авогадро; кремниевая сфера станет практической реализацией . Этот подход мог бы точно определить величину килограмма, поскольку массы трех нуклидов кремния относительно массы 12 C известны с большой точностью (относительная неопределенность 1   ppb или выше). Альтернативный метод создания килограмма на основе кремниевой сферы предлагает использовать методы разделения изотопов для обогащения кремния до тех пор, пока он не станет почти чистым. 28 Si, имеющий относительную атомную массу 27,976 926 5325 (19) . [16] При таком подходе фиксируется не только константа Авогадро, но и атомная масса 28 Си. Таким образом, определение килограмма будет отделено от 12 C, а килограмм вместо этого будет определяться как ⁠ 1000 / 27.976 926 5325 ⁠ ⋅ 6.022 141 79 × 10 23 атомы 28 Si (≈ 35,743 740 43 фиксированных молей 28 атомы кремния). Физики могли бы определить килограмм через 28 Даже если килограммовые прототипы изготовлены из природного кремния (присутствуют все три изотопа). Даже при определении килограмма, основанном на теоретически чистых 28 Si, прототип кремниевой сферы, сделанный почти из чистого 28 Si обязательно будет немного отклоняться от определенного количества молей кремния, чтобы компенсировать различные химические и изотопные примеси, а также влияние поверхностных оксидов. [17] [ мертвая ссылка ]

    Углерод-12

    [ редактировать ]

    Хотя это определение и не предлагает практической реализации, оно точно определяет величину килограмма в терминах определенного количества атомов углерода-12 . Углерод‑12 ( 12 В) изотоп углерода. В настоящее время моль определяется как «количество объектов (элементарных частиц, таких как атомы или молекулы), равное числу атомов в 12 граммах углерода-12». Таким образом, современное определение родинки требует, чтобы ⁠ 1000 / 12 ⁠ кротов ( ⁠83 + 1/3 ​ моль ⁠ ) 12 C имеет массу ровно один килограмм. Число атомов в моле, величина, известная как константа Авогадро , определяется экспериментально, и на данный момент лучшая оценка ее значения составляет 6,022 140 76 × 10. 23 единиц на моль. ‍ [18] В этом новом определении килограмма предлагалось зафиксировать постоянную Авогадро точно на уровне 6,022 14 X × 10. 23 моль −1 при этом килограмм определяется как «масса, равная массе ⁠ 1000 / 12 ⁠ × 6.022 14 X × 10 23 атомы 12 С".

    Точность измеренного значения постоянной Авогадро в настоящее время ограничена неопределенностью значения постоянной Планка . Эта относительная стандартная неопределенность с 2006 года составляет 50   частей на миллиард (млрд). Зафиксировав константу Авогадро, практический эффект этого предложения будет заключаться в том, что неопределенность массы 12 Атом углерода – и величина килограмма – не могут быть лучше, чем текущая   неопределенность в 50 частей на миллиард в постоянной Планка. Согласно этому предложению, величина килограмма будет подлежать уточнению в будущем по мере того, как станут доступны более совершенные измерения значения постоянной Планка; электронные реализации килограмма будут перекалиброваны по мере необходимости. И наоборот, электронное определение килограмма (см . § Электронные подходы ниже), которое точно фиксировало бы постоянную Планка, продолжало бы позволять ⁠83 + 1/3 ​ моля ⁠ ​ 12 C будет иметь массу ровно один килограмм, но количество атомов, составляющих один моль (постоянная Авогадро), по-прежнему будет подлежать уточнению в будущем.

    Вариация на тему 12 Определение на основе C предлагает определить константу Авогадро как равную точно 84 446 889. 3 (≈  6.022 141 62 × 10 23 ) атомы. Воображаемой реализацией прототипа массой 12 грамм был бы куб 12 Атомы C размером ровно 84 446 889 атомов на стороне. Согласно этому предложению килограмм будет определяться как «масса, равная 84 446 889 3  × ⁠83 + 1/3 ​ ⁠ ​ атома 12 С." [19] [Примечание 3]

    Накопление ионов

    [ редактировать ]

    Другой подход, основанный на Авогадро, — накопление ионов , от которого давно отказались, — позволил бы определить и очертить килограмм путем точного создания новых металлических прототипов по требованию. Это можно было сделать путем накопления золота или висмута ионов (атомов, лишенных электрона) и их подсчета путем измерения электрического тока, необходимого для нейтрализации ионов. Золото ( 197 Au) и висмут ( 209 Bi) были выбраны потому, что с ними можно безопасно обращаться, и они имеют две самые высокие атомные массы среди мононуклидных элементов , которые стабильны (золото) или эффективно стабильны (висмут). [Примечание 4] См. также Таблицу нуклидов .

    Например, при определении килограмма на основе золота относительная атомная масса золота могла бы быть зафиксирована точно как 196,966 5687 по сравнению с текущим значением 196,966 5687 (6) . Как и в случае с определением, основанным на углероде-12, константа Авогадро также была бы фиксированной. Килограмм тогда определялся бы как «масса, равная точно массе ⁠ 1000 / 196.966 5687 ⁠ × 6.022 141 79 × 10 23 атомы золота» (точно 3 057 443 620 887 933 963 384 315 атомов золота или около 5,077 003 71 фиксированных молей).

    В 2003 году немецкие эксперименты с золотом при токе всего 10 мкА продемонстрировали относительную погрешность 1,5%. [21] Ожидалось , что последующие эксперименты с использованием ионов висмута и тока 30   мА позволят накопить массу 30   г за шесть дней и будут иметь относительную неопределенность лучше 1 ppm. [22] В конечном итоге подходы с накоплением ионов оказались непригодными. Измерения потребовали месяцев, а данные оказались слишком нестабильными, чтобы этот метод можно было считать жизнеспособной заменой IPK в будущем. [23]

    Среди многих технических проблем, связанных с устройством ионного осаждения, было получение достаточно высокого ионного тока (скорости массового осаждения) при одновременном замедлении ионов, чтобы все они могли осаждаться на целевой электрод, встроенный в чашу весов. Эксперименты с золотом показали, что ионы необходимо замедлять до очень низких энергий, чтобы избежать эффекта распыления — явления, при котором ионы, которые уже были подсчитаны, рикошетят от целевого электрода или даже вытесняют уже осажденные атомы. Массовая доля осажденных частиц в немецких экспериментах 2003 года приблизилась к 100% лишь при энергии ионов менее 1 эВ (<   1   км/с для золота). [21]

    Если бы килограмм определялся как точное количество атомов золота или висмута, осажденных с помощью электрического тока, то нужно было бы точно определить не только константу Авогадро и атомную массу золота или висмута, но и значение элементарного заряда. ( e ), вероятно, 1,602 17 X × 10 −19  C (от рекомендованного в настоящее время значения 1,602 176 634 × 10 −19  C С [24] ). Это фактически определило бы ампер как поток ⁠ 1 / 1.602 17 X × 10 −19 ⁠ электронов в секунду мимо фиксированной точки в электрической цепи. Единица массы СИ могла бы быть полностью определена, если бы точно зафиксировали значения постоянной Авогадро и элементарного заряда, а также использовали тот факт, что атомные массы атомов висмута и золота являются инвариантными, универсальными константами природы.

    Помимо медленности создания нового стандарта массы и плохой воспроизводимости, у метода накопления ионов были и другие внутренние недостатки, которые оказались серьезными препятствиями на пути практической реализации методов, основанных на накоплении ионов. Для устройства обязательно требовалось, чтобы камера осаждения имела встроенную систему весов, обеспечивающую удобную калибровку разумного количества стандартов переноса относительно любого отдельного внутреннего прототипа, осажденного ионами. Более того, массовые прототипы, созданные с помощью методов ионного осаждения, не имели бы ничего общего с автономными платино-иридиевыми прототипами, которые используются в настоящее время; они были бы осаждены на электрод, встроенный в чашку специальных весов, встроенных в устройство, и стали бы его частью. Более того, ионно-осажденная масса не имела бы твердой, полированной поверхности, которую можно было бы тщательно очистить, как у нынешних прототипов. Золото, хотя и является плотным и благородным металлом (устойчивым к окислению и образованию других соединений), чрезвычайно мягкое, поэтому внутренний прототип золота должен быть хорошо изолирован и тщательно очищен, чтобы избежать загрязнения и возможного износа из-за необходимости удаления. загрязнение. Висмут, который является недорогим металлом, используемым в низкотемпературных припоях, медленно окисляется под воздействием воздуха комнатной температуры и образует другие химические соединения, поэтому он не мог бы давать стабильные эталонные массы, если бы его постоянно не поддерживали в вакууме или инертной атмосфере.

    Сила, основанная на Ампере

    [ редактировать ]
    Магнит, плавающий над сверхпроводником, погруженным в жидкий азот, демонстрирует идеальную диамагнитную левитацию посредством эффекта Мейснера . Эксперименты с определением килограмма в амперах перевернули эту схему с ног на голову: электрическое поле ускоряло сверхпроводящую испытательную массу, поддерживаемую неподвижными магнитами.

    При таком подходе килограмм будет определяться как «масса, которая будет ускорена точно в 2 × 10 −7 РС 2 при воздействии силы на метр между двумя прямыми параллельными проводниками бесконечной длины пренебрежимо малого круглого сечения, расположенными на расстоянии одного метра в вакууме, по которым течет постоянный ток ⁠ 1 / 1.602 17 × 10 ^ −19 ⁠ элементарных зарядов в секунду».

    По сути, это определило бы килограмм как производную от ампера, а не нынешнее соотношение, которое определяет ампер как производную от килограмма. Это новое определение килограмма определило бы элементарный заряд ( e ) как точно 1,602 17 × 10 ^ −19 кулон, а не текущее рекомендуемое значение 1,602 176 634 × 10 −19 С. ​ ‍ [24] Из этого с необходимостью следовало бы, что ампер (один кулон в секунду) также стал бы электрическим током этого точного количества элементарных зарядов в секунду, проходящих через данную точку электрической цепи.Достоинство практической реализации, основанной на этом определении, заключается в том, что в отличие от весов Киббла и других методов, основанных на масштабах, каждый из которых требует тщательного описания гравитации в лаборатории, этот метод определяет величину килограмма непосредственно в тех самых терминах, которые определить природу массы: ускорение, вызванное приложенной силой. К сожалению, чрезвычайно трудно разработать практическую реализацию, основанную на ускорении масс. Многолетние эксперименты в Японии со сверхпроводящей массой 30   г, поддерживаемой диамагнитной левитацией, никогда не достигали погрешности выше десяти частей на миллион. Магнитный гистерезис был одной из ограничивающих проблем. Другие группы провели аналогичные исследования, в которых использовались другие методы левитации массы. [25] [26]

    Примечания

    [ редактировать ]
    1. ^ Суммарная относительная стандартная неопределенность (CRSU) этих измерений, как и все другие допуски и неопределенности в этой статье, если не указано иное, находится на уровне одного стандартного отклонения (1 σ ), что соответствует уровню достоверности около 68%; то есть 68% измерений попадают в пределы указанного допуска.
    2. ^ Сфера, показанная на фотографии, имеет величину овальностью (от пика до впадины на радиусе) 50   нм. По данным ACPO, они улучшили этот показатель, установив овальность в 35   нм. На сфере диаметром 93,6   мм овальность 35   нм (отклонение ±17,5   нм от среднего значения) представляет собой дробную овальность ( ∆r / r ) = 3,7 × 10. −7 . В масштабе Земли это соответствует максимальному отклонению от уровня моря всего на 2,4   м. Округлость этой сферы ACPO превосходят только два из четырех из плавленого кварца, роторов гироскопов летавших на Gravity Probe   B , которые были изготовлены в конце 1990-х годов и получили свои окончательные значения в Лаборатории экспериментальной физики WW Hansen в Стэнфордском университете . В частности, «Гиро-4» занесен в самый базу данных рекордов Гиннеса (их базу данных, а не в их книгу) как круглый в мире рукотворный объект. Согласно опубликованному отчету ( 221   КБ PDF, здесь. Архивировано 27 февраля 2008 г. в Wayback Machine ) и координатору по связям с общественностью GP-B в Стэнфордском университете, из четырех гироскопов на борту зонда Gyro   4 имеет максимальную волнистость поверхности от идеальная сфера размером 3,4   ± 0,4   нм на   сфере диаметром 38,1 мм, что составляет ∆ r / r = 1,8 × 10 −7 . В масштабе до размеров Земли это эквивалентно отклонению размером с Северную Америку, медленно поднимающемуся вверх из моря (террасы молекулярных слоев   высотой 11,9 см), достигающему максимальной высоты 1,14 ± 0,13 м в Небраске, а затем постепенно снижается до уровня моря на другой стороне континента.
    3. ↑ Первоначально предлагалось переопределить килограмм как массу 84 446 886. 3 атом углерода-12. [20] Значение 84 446 886 было выбрано потому, что оно обладает особым свойством; его куб (предлагаемое новое значение постоянной Авогадро) делится на двенадцать. Таким образом, при таком определении килограмма в одном грамме было бы целое число атомов. 12 С: 50  184  508  190  229  061  679  538 атомов. Неопределенность постоянной Авогадро значительно уменьшилась с тех пор, как это предложение было впервые представлено для публикации в журнале American Scientist . Значение CODATA 2014 года для постоянной Авогадро ( 6,022 140 857 (74) × 10 23 ) имеет относительную стандартную неопределенность 12 частей на миллиард, а кубический корень этого числа равен 84 446 885 .41(35) , т.е. в диапазоне неопределенности нет целых чисел.
    4. ^ В 2003 году, в том же году, когда были проведены первые эксперименты по осаждению золота, физики обнаружили, что единственный природный изотоп висмута, 209 Bi на самом деле очень малорадиоактивен , с самым длительным известным периодом полураспада среди всех встречающихся в природе элементов, которые распадаются под действием альфа-излучения — период полураспада составляет (19 ± 2) × 10. 18 годы . Поскольку это в 1,4 миллиарда раз больше возраста Вселенной, 209 Bi считается стабильным изотопом для большинства практических применений (не связанных с такими дисциплинами, как нуклеокосмохронология и геохронология ). Другими словами, 99,999 999 983 % висмута, существовавшего на Земле 4,567 миллиарда лет назад, существует и сегодня. Только два мононуклидных элемента тяжелее висмута и только один приближается к его стабильности: торий . Долгое время считавшийся возможной заменой урана в ядерных реакторах, торий может вызывать рак при вдыхании, поскольку он более чем в 1,2   миллиарда раз более радиоактивен, чем висмут. Он также имеет такую ​​сильную склонность к окислению, что его порошки пирофорны . Эти характеристики делают торий непригодным для экспериментов по ионному осаждению. См. также Изотопы висмута , Изотопы золота и Изотопы тория .

    Ссылки

    [ редактировать ]
    1. ^ Перейти обратно: а б Резник, Брайан (20 мая 2019 г.). «Новый килограмм только что дебютировал. Это огромное достижение» . vox.com . Проверено 23 мая 2019 г.
    2. ^ Проект резолюции A «О пересмотре Международной системы единиц (СИ)» для представления ГКМВ на ее 26-м заседании (2018 г.) (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 29 апреля 2018 г. , получено в 2019 г. -06-26
    3. ^ Решение CIPM/105-13 (октябрь 2016 г.) . В этот день исполняется 144 года со дня принятия Метрической конвенции .
    4. ^ Паллаб Гош (16 ноября 2018 г.). «Килограмм получает новое определение» . Новости Би-би-си . Проверено 16 ноября 2018 г.
    5. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 112, ISBN  92-822-2213-6 , заархивировано (PDF) из оригинала 04 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г.
    6. ^ Рекомендация 1: Подготовительные шаги к новым определениям килограмма, ампера, кельвина и моля в терминах фундаментальных констант (PDF) . 94-е заседание Международного комитета мер и весов. Октябрь 2005. с. 233. Архивировано (PDF) из оригинала 30 июня 2007 г. . Проверено 7 февраля 2018 г.
    7. ^ «NIST поддерживает предложение об обновленной системе единиц измерения» . Nist.gov. 26 октября 2010 г. Проверено 3 апреля 2011 г.
    8. ^ Ян Миллс (29 сентября 2010 г.). «Проект главы 2 брошюры SI с учетом переопределения базовых единиц» (PDF) . ККУ . Проверено 1 января 2011 г.
    9. ^ Резолюция 1 – О возможном будущем пересмотре Международной системы единиц СИ (PDF) . 24-е заседание Генеральной конференции по мерам и весам. Севр, Франция. 17–21 октября 2011 г. Проверено 25 октября 2011 г.
    10. ^ Перейти обратно: а б «МБМВ – Резолюция 1 25-й ГКМВ» . www.bipm.org . Проверено 27 марта 2017 г.
    11. ^ «Генеральная конференция мер и весов одобряет возможные изменения в Международной системе единиц, включая новое определение килограмма» (PDF) (Пресс-релиз). Севр, Франция: Генеральная конференция по мерам и весам . 23 октября 2011 года . Проверено 25 октября 2011 г.
    12. ^ Штайнер, Ричард Л.; Уильямс, Эдвин Р.; Лю, Жуймин; Ньюэлл, Дэвид Б. (2007). «Повышение неопределенности электронного килограмма NIST» . Транзакции IEEE по приборостроению и измерениям . 56 (2): 592–596. Бибкод : 2007ITIM...56..592S . дои : 10.1109/TIM.2007.890590 . ISSN   0018-9456 . S2CID   33637678 .
    13. ^ «Первоначальное измерение постоянной Планка с использованием ваттных весов NPL Mark II», И.А. Робинсон и др. , Метрология 44 (2007), 427–440;
      НПЛ: Баланс кормов НПЛ
    14. ^ Р. Штайнер, Нет FG-5? , NIST, 30 ноября 2007 г. «Мы чередуем примерно 4 эталона сопротивления, передавая их из калибровочной лаборатории в мою лабораторию каждые 2–6 недель. Резисторы плохо переносятся и иногда смещаются при каждом переносе на 10 частей на миллиард или более».
    15. ^ Лим, Сяочжи (16 ноября 2018 г.). «Килограмм мертв. Да здравствует килограмм!» . Нью-Йорк Таймс . Постоянная Авогадро и постоянная Планка переплетаются в законах физики. Измерив постоянную Авогадро, доктор Беттин смог вывести постоянную Планка. А благодаря точному измерению постоянной Планка он мог бы подтвердить результаты работы доктора Киббла, и наоборот.
    16. ^ Брамфил, Джефф (21 октября 2010 г.). «Элементный сдвиг для килограмма» (PDF) . Природа . 467 (7318): 892. дои : 10.1038/467892a . ПМИД   20962811 .
    17. ^ НПЛ: Проект Авогадро ; Австралийский национальный институт измерений: [Переопределение килограмма через постоянную Авогадро] ; и Австралийский центр точной оптики: проект Авогадро, заархивировано 7 апреля 2014 г. в Wayback Machine.
    18. ^ «Значение CODATA 2022: константа Авогадро» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
    19. ^ Хилл, Теодор П; Миллер, Джек; Ченсулло, Альберт С. (1 июня 2011 г.). «К лучшему определению килограмма». Метрология . 48 (3): 83–86. arXiv : 1005.5139 . Бибкод : 2011Метро..48...83Ч . дои : 10.1088/0026-1394/48/3/002 . S2CID   1847580 .
    20. ^ Технологический институт Джорджии, «Лучшее определение килограмма?» 21 сентября 2007 г. (пресс-релиз).
    21. ^ Перейти обратно: а б Немецкий национальный метрологический институт, известный как Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB): Рабочая группа 1.24, Накопление ионов.
    22. ^ Генеральная конференция по мерам и весам, 22-е заседание, октябрь 2003 г. (ZIP-файл, 3,2   МБ).
    23. ↑ Бауэрс, Мэри, Караван , 1–15 сентября 2009 г.: «Почему мир худеет»
    24. ^ Перейти обратно: а б «Значение CODATA 2022: элементарный заряд» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
    25. ^ «За пределами килограмма: новое определение Международной системы единиц» (Пресс-релиз). НИСТ. Архивировано из оригинала 22 мая 2008 года.
    26. ^ Робинсон, Айова (апрель 2009 г.). «К окончательному результату баланса ватт NPL Mark II». Транзакции IEEE по приборостроению и измерениям . 58 (4): 936–941. Бибкод : 2009ITIM...58..936R . дои : 10.1109/TIM.2008.2008090 . S2CID   36038698 .
    Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Alternative_approaches_to_redefining_the_kilogram&oldid=1234471718"
    Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
    Arc.Ask3.Ru
    Номер скриншота №: 2ca81560987934abca8ba1f34e394221__1720958640
    URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/2c/21/2ca81560987934abca8ba1f34e394221.html
    Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
    Alternative approaches to redefining the kilogram - Wikipedia
    Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)