El prototipo internacional (estándar) del kilogramo se almacena en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (ubicada en Sèvres cerca de París) y es un cilindro de 39,17 mm de diámetro y altura fabricado con una aleación de platino-iridio (90% platino, 10% iridio). Originalmente, un kilogramo se definía como la masa de un decímetro cúbico (litro) de agua pura a 4 ° C y la presión atmosférica estándar al nivel del mar.
Entonces, ¿por qué se volvió más pesado?
Usando la tecnología única de detección de Theta, el profesor Peter Cumpson y el Dr. Naoko Sano de la Universidad de Newcastle analizaron la superficie del estándar y determinaron que el kilogramo de prototipo internacional (estándar) cuantificaba la contaminación por hidrocarburos en su superficie. Su investigación muestra que el Prototipo Internacional (Estándar) del Kilogramo probablemente ha ganado decenas de microgramos en masa desde que se introdujo el estándar en 1875. Pero dado que este es un kilogramo al que deben corresponder todos los kilogramos del mundo, en el sentido teórico al menos todos los kilogramos serán técnicamente más pesados también.
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Si bien un aumento en la referencia del kilogramo en decenas de microgramos puede parecer insignificante, Peter Cumpson sostiene que cualquier discrepancia entre el Prototipo Internacional (Referencia) para el kilogramo y sus replicantes puede ser problemática. "Hay casos de comercio internacional con materiales de alto valor, donde se debe contabilizar hasta el último microgramo". Los hidrocarburos acumulados pueden eliminarse mediante la exposición a una mezcla de rayos ultravioleta y ozono.
La situación se complica por el hecho de que en el mundo existen 39 copias más precisas del kilogramo de referencia almacenadas en París, que en un momento fueron enviadas a varios países del mundo para mantener un sistema unificado de medidas y pesos. Ahora, según varios científicos, están comenzando a diferir cada vez más entre sí en peso debido a las condiciones climáticas y de otro tipo que existen en diferentes partes del planeta.
"La industrialización que ha tenido lugar en el mundo y la naturaleza del funcionamiento de la sociedad moderna han llevado al hecho de que la superficie del kilogramo de referencia adquiriera una placa en forma de partículas adicionales", dice un equipo de investigación de la Universidad de Newcastle. - El sistema de peso estándar mundial ahora está bajo la amenaza de crear caos en él. Nos horrorizamos cuando vimos que las partículas de mercurio se habían acumulado en la superficie de uno de los 40 kilogramos de referencia almacenados en el Reino Unido”, dijo el director del proyecto, el profesor Peter Campson.
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Según la información recibida por la publicación, ahora se discute la cuestión de cómo realizar una "limpieza especial del polvo" de las superficies de los 40 kilogramos de referencia para devolverlos a un solo peso.
En una conferencia de la Royal Society of Science en Londres del 24 al 25 de enero, Richard Davis, exjefe de la división de masas de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (ubicada en la ciudad de Sèvres, cerca de París), propuso suavizar la definición. Como medida temporal antes de redefinir "kilogramo de masa", propuso promediar las masas en disputa. Entonces, si los resultados de dos experimentos de diferentes tipos para determinar la masa no concuerdan del todo, simplemente deben promediarse y el valor resultante debe declararse como un nuevo estándar, cita una propuesta del científico Nature News.
Sin embargo, este plan tiene muchos oponentes. "La decisión de simplemente promediar dos resultados inconsistentes sería perfectamente matemáticamente correcta, pero este no es un enfoque científico", dijo Michael Hart, físico de la Universidad de Manchester.
Los defensores promedio lo ven como un camino a seguir. “Idealmente, queremos lograr una perfecta convergencia de medidas. Pero si eso no funciona, debe utilizar un enfoque matemático”, dijo Terry Quinn, ex director de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas. Destaca que las diferencias en cuestión son demasiado pequeñas para crear problemas reales para la aplicación práctica de la medida.
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Esta diferencia es un problema grave a largo plazo, porque no se puede juzgar si las copias son más pesadas o, por el contrario, la referencia es más ligera.
Por lo tanto, los científicos han planeado durante mucho tiempo reemplazar el estándar "material" del kilogramo, expresándolo en términos de constantes invariables de la física, que se determinan con alta precisión y no cambian. Si esto tiene éxito, la masa del kilogramo permanecerá tan inalterada como las leyes del universo.
Los científicos utilizan dos enfoques para encontrar la expresión exacta del kilogramo: en el primero, la masa del kilogramo se determina utilizando campos eléctricos y magnéticos, y en el segundo, intentan expresarlo en términos de la constante de Planck, una de las cantidades básicas de la mecánica cuántica.
El segundo método implica el recálculo directo del número de átomos en una esfera de silicio cristalino. Este resultado permite redefinir el kilogramo en términos de la constante de Avogadro, que es el número de moléculas por mol de materia y, de hecho, relaciona la masa atómica de un elemento con la masa de un cuerpo macroscópico.
En los últimos años, las mediciones de ambos métodos se han realizado con una precisión de 30 ppb; este es el límite de las mediciones más precisas de la masa de un cilindro de platino-iridio. Sin embargo, los resultados de los dos tipos de experimentos difieren en 175 mil millones de acciones, lo que es mucho más razonable desde un punto de vista metodológico.
Esto no permite redefinir oficialmente la medida del kilogramo, ya que las razones de la discrepancia no están claras y aún no se pueden eliminar. Por eso se hizo una propuesta sobre el promedio elemental de dos cálculos y tal redefinición matemática del kilogramo.
La tarea de redefinir el estándar de masa se vuelve cada vez más aguda con el tiempo. “Cuanto más esperemos y conversamos, mayor será la diferencia masiva entre el estándar original y sus réplicas. Entonces no podremos ponernos de acuerdo en absoluto sobre qué masa debe considerarse una referencia. La situación parece casi loca”, admite Quinn.
Hasta ahora, los científicos han coincidido en que los átomos de silicio son ideales para el proyecto debido a su estabilidad. En condiciones estándar, casi nunca se destruyen y todos los daños se calculan fácilmente. "Queremos redefinir un kilogramo en función de la masa de un átomo, queremos contar los átomos en un kilogramo de un determinado cristal", dijo el profesor Peter Becker "Medimos el volumen de una esfera y el volumen de un átomo de silicio, y cuando se divide la esfera de silicio por el volumen de un átomo, se obtiene el número de átomos - todo es muy sencillo ". Científicos de muchos países, incluida Rusia, participan en la fabricación del estándar. Se gastaron 2 millones de euros en la fabricación de una esfera de silicio, y se creó durante casi 5 años. Según el director del proyecto, los físicos ya han calculado cuántos átomos de silicio debería haber en un kg y han comenzado a "ensamblar"aunque este estándar no será perfectamente exacto, porque hasta ahora los científicos no pueden "ensamblar" un estándar en el sentido literal de los átomos.
La asociación de producción "Planta electroquímica" en Zelenogorsk del territorio de Krasnoyarsk suministrará materias primas para crear un nuevo estándar internacional para el kilogramo: una bola ideal hecha de un solo cristal de isótopo de silicio 28, dijo el servicio de prensa de la empresa a Interfax.
El estándar se fabricará en forma de bola ideal a partir de un monocristal de isótopo de silicio-28.
El cristal se cultivará en el Instituto de Crecimiento de Cristales de Alemania a partir de silicio policristalino obtenido en el Instituto de Química de Sustancias de Alta Pureza en Nizhny Novgorod. La materia prima inicial para el estándar, tetrafluoruro de silicio, fue suministrada por Zelenogorsk ECP.
