Комитет мер и весов решит судьбу килограмма до конца недели

15-16 октября Международный комитет по мерам и весам проведет совещание, которое определит дальнейшую последовательность действий по определению эталона килограмма. Ранее, в 2011 году, эксперты комиссии решили отказаться от материального эталона и определить значение килограмма через фундаментальные константы — скорость света и константу Планка. В основу «нового килограмма» ляжет известное соотношение E=mc². Об этом сообщает журнал Nature.

Главной рекомендацией комитета для перехода на новый эталон массы было измерение с достаточной точностью константы Планка. Для этого требуется провести три независимых измерения, два из которых должны быть принципиально различными. Для того, чтобы удовлетворить этому требованию, а также добиться необходимой точности исследователям понадобилось около трех лет работы. В исследовании участвовало три организации: Национальный институт стандартов и технологий (NIST, США), Национальный метрологический институт (PTB, Германия) и Национальный исследовательский совет (NRC, Канада). 

NRC и NIST использовали в своих измерениях метод весов Ватта — в них масса, равная эталонному килограмму, соизмеряется с электромагнитными силами притяжения между двумя проводниками. Благодаря возможности напрямую измерить в эксперименте некоторые фундаментальные константы, прибор позволяет напрямую получить значение константы Планка.

PTB, в свою очередь, воспользовались альтернативным подходом — прямым вычислением числа Авогадро на основе числа атомов в шаре, сделанном из монокристалла кремния ²⁸Si. Эксперимент проекта Авогадро заключается в максимально точном измерении объема шара массой в один килограмм с помощью лазерной интерферометрии, а также измерении плотности упаковки в нем атомов — для этого используется рентгеновская дифракция. Интересно отметить, что обогащенный кремний был произведен в России с помощью центрифугирования (аналогичным образом происходит обогащение урана)

Простым делением объема шара на плотность атомов можно получить точное количество атомов в шаре, которое и используется в определении числа Авогадро. Оно, через другие фундаментальные константы (относительную массу электрона, постоянную тонкой структуры и ряд других величин), связано с постоянной Планка.

Одной из проблем которую предстоит решить комиссии является использование нового эталона. В частности, правила доступа ученых к весам Ватта все еще находится в разработке. 

Платино-иридиевый слиток, использующийся сейчас в качестве эталона, может изменять со временем свою массу из-за процессов испарения и диффузии. Как и любой материальный объект он может быть уничтожен, чего нельзя сделать с физическими константами.