20.10.2010

Физики уточнили число Авогадро для будущего эталона килограмма

Физики путем подсчета атомов в кристалле из сверхчистого кремния получили новое, значительно более точное значение постоянной Авогадро, что поможет в будущем создать новый, "нематериальный" эталон килограмма, говорится в статье, размещенной в электронной библиотеке Корнеллского университета.

В настоящее время килограмм является единственной фундаментальной единицей системы СИ, которая определяется не через физические константы, такие, как скорость света или заряд электрона, а через реальный физический эталон - платиново-иридиевый цилиндр. Он изготовлен еще в 1889 году и хранится в парижском Международном бюро мер и весов. Однако точность этого эталона не удовлетворяет современным требованиям: за 100 лет существования вес эталона изменился примерно на 50 микрограммов.

Один из способов сделать килограмм "абстрактным" заключается в том, чтобы связать его с одной из фундаментальных констант, числом Авогадро. Это число, согласно определению, соответствует числу атомов, которое содержится в 12 граммах изотопа углерода-12. Таким образом, килограмм можно определить как массу определенного числа атомов. Однако для этого надо было с большой точностью знать число Авогадро.

Сделать это наиболее эффективно можно с помощью монокристалла кремния-28.

Работа над проектом началась еще в 2004 году, когда специалисты из петербургского Центрального конструкторского бюро машиностроения (ЦКБМ) получили путем центрифугирования высокообогащенный по кремнию-28 тетрафторид кремния, затем он был переработан в тетрагидрат кремния. Из него в нижегородском Институте химии высокочистых веществ РАН был получен поликристаллический кремний, на 99,99% состоящий из изотопа кремний-28.

Наконец, в 2007 году в берлинском Институте кристаллографии имени Лейбница была получена пятикилограммовая кремниевая "капля", из которой в австралийском Центра высокоточной оптики были выточены две сферы.

Эти сферы были отполированы настолько идеально, что неровности на них не превышали по высоте 97 нанометров. Это значит, что если их увеличить до размеров Земли, то самый высокий холм был бы высотой не более трех метров, отмечает сайт Science News. Измерения этих "идеальных объектов" позволили ученым получить новое, значительно более точное значение постоянной Авогадро: 6,02214084(18) на 10 в 23-й степени. Прежние расчеты давали только шесть значимых цифр после запятой.

Относительная неопределенность этих данных составила 3 на 10 в минус восьмой степени. Однако для того, чтобы вопрос о смене эталона начало рассматривать Международное бюро мер и весов, необходимо, чтобы неопределенности снизилась ниже значения 2 на 10 в минус 8-й степени.

Ученые рассчитывают в скором времени преодолеть этот порог.

"Нам нужна еще пара лет, но мы уже можем видеть свет в конце туннеля", - говорит руководитель проекта Петер Бекер (Peter Becker) из Федерального физико-технического института в германском Брауншвейге.

Источники:

1. РИА Новости