Además del valioso kilo, el Instituto de Investigación Mendeleev en San Petersburgo tiene un medidor estándar, amperios y kelvin
¿En qué se convertiría nuestra vida si las unidades de medida desaparecieran repentinamente: todos estos voltios, gramos, kelvin? No mires televisión, ni vayas a la tienda, ni te vistas para el clima. Y estas siguen siendo flores.
- Cualquier recepción de información (visual, textual, auditiva) es en realidad una medida: cuando distinguimos palabras, símbolos, imágenes, las comparamos con algo, explica Kirill Gogolinsky, director del Instituto de Investigación Científica de Metrología de toda Rusia de Mendeleev. - La precisión de las mediciones determina el nivel de desarrollo económico del estado y el ritmo de su desarrollo.
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GRANDES SIETE
La metrología, la ciencia que asegura la uniformidad de las mediciones, ayuda a hablar el mismo idioma a todo el mundo. Si no fuera por ella, la humanidad no podría organizar el comercio, establecer el trabajo de ingeniería de comunicaciones, ni siquiera montar un automóvil.
Instituto Mendeleev: la cuna de la metrología rusa Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
La realización de la medida es un dispositivo (por ejemplo, una regla) o un objeto (el mismo peso). Los dispositivos y objetos de los que se hacen numerosas copias se denominan estándares. Cada estado busca crear tantos estándares como sea posible y aplicar las más altas tecnologías para ello, para no ir a los vecinos ni a Francia por el peso ideal cada vez (allí se almacena el principal kilogramo del mundo).
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- Hoy en nuestro país hay 164 estándares, - explica el jefe de Rosstandart Alexei Abramov. - Rusia es uno de los cinco países que promueven activamente la metrología.
Algunos de los estándares se almacenan en un “ termo ”, un edificio dentro de un edificio Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
54 de 164 normas se mantienen en el Instituto de Investigación de Mendeleev, "la cuna de la metrología rusa". Todos los estándares del mundo nacen de siete cantidades básicas: metro (longitud), kilogramo (masa), segundo (tiempo), amperio (corriente eléctrica), kelvin (temperatura), mol (cantidad de sustancia) y candela (intensidad luminosa).
Los estándares estatales son un tesoro nacional. Pero este magnífico siete es el más valioso entre ellos. Y cuatro medidas (metro, amperio, kelvin y kilogramo) se almacenan en San Petersburgo.
MEJOR EN LA TIERRA
- ¡Somos los mejores del mundo en kelvin! - dice el instituto. - Los desarrollos domésticos pueden expandir el rango hasta 3.473 grados Kelvin y reducir el error en la reproducción de una vez y media a dos veces.
Kelvin ocupa media habitación Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Cero en la escala Kelvin es igual a menos 273 grados Celsius. El estándar de temperatura no se parece en nada a un termómetro: una instalación de los emisores térmicos más complejos, una variedad de lentes, dos cuerpos absolutamente negros y varios ordenadores, basados en efectos cuánticos, ocupa media habitación. El setenta por ciento de las piezas son rusas.
La habitación donde "vive" el kelvin se mantiene a una temperatura constante: incluso una corta estancia de una compañía de personas en el laboratorio afecta a las lecturas.
La medida de temperatura consta de muchos emisores y lentes Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Ahora estamos comparando nuestro kelvin con el japonés, - explica el guardián del kelvin Anatoly Pokhodun. - El proceso en sí lleva mucho tiempo: comparar en un punto, unas dos horas, y sin embargo es necesario en muchos. Una persona no puede hacerlo. Fueron necesarios diez años para prepararnos para esta comparación.
PAREJA FRÍA
El rey entre las cantidades eléctricas es el amperio. Pero lentamente hay una reorientación hacia los estándares cuánticos de voltios (voltaje) y ohmios (resistencia). Volt "vive" en una instalación compleja, colocada en una habitación blindada. Las mediciones se realizan a temperaturas ultrabajas.
- Las temperaturas más bajas se utilizan al reproducir cantidades eléctricas especiales, - explica el encargado del voltio Alexander Katkov. - Las temperaturas alcanzan los milikelvin. Las vibraciones térmicas de los átomos en ellos son tan pequeñas que no destruyen las propiedades eléctricas de los materiales. Los voltios a cuatro kelvin se miden con una precisión de diez a la undécima potencia.
Así es aproximadamente como se ve el voltio de referencia Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Básicamente, un voltio es un microcircuito incrustado en helio líquido. “Hemos desarrollado el único estándar de voltios portátil del mundo”, señala Kirill Gogolinsky. - Con su ayuda se realizaron comparaciones internacionales y mostramos los mejores resultados del mundo.
Ohm también prefiere el frío extremo. La resistencia se puede rastrear literalmente por un electrón.
- Uno de los problemas es la presencia de un campo magnético, - dice el guardián del ohmio Yuri Semenov. - No es fácil sacarle microestructuras. Pero necesitamos medir nano-cantidades.
… Y entonces - oh Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Hay una mesa de piedra en medio del laboratorio de Volt. Pero esto no es solo un mueble: es … el pináculo de una base de tres pisos y 750 toneladas de un edificio separado ubicado dentro del edificio. El "termo" de hormigón es independiente de las paredes exteriores. Después de todo, ni la más mínima vibración, desde la concurrida Moskovsky Prospekt, desde la cercana estación de metro Tekhnologichesky Institut, desde los tranvías que circulan por Zagorodnoye, no debería llegar al lugar sagrado, hasta un kilogramo.
"PENSAR" Y "ENVEJECER"
Si los estándares de las seis unidades básicas de medida se basan en constantes físicas y no dependen del "hierro", entonces el kilogramo es el último artefacto estándar. Es decir, aunque perfecto, pero un objeto.
Ningún tapón y tolva puede evitar que el metal “ pierda peso ” Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
"El estándar mundial para el kilogramo es un peso que se almacena en Sevres, cerca de París", explica Gogolinsky. - Hay copias del mismo en todos los institutos metrológicos del mundo. La situación es la siguiente: si robas el kilogramo primario en Francia, el mundo entero perderá un kilogramo.
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El kilo principal ruso (y su hermano gemelo de repuesto) tiene 125 años. Es una pesa fabricada con una aleación de platino e iridio con una altura y diámetro de 39 milímetros. Un kilogramo se almacena bajo una tapa hermética en una caja fuerte con tres cerraduras en un búnker separado en un laboratorio con cierta humedad y temperatura, que se encuentra en el edificio del "termo".
El kilogramo perfecto expresado en términos de constantes es el sueño de un metrólogo Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Sacamos el estándar cada cinco años para compararlo con las copias, - dice el guardián del kilogramo Viktor Snegov. - La última vez que se compararon con el estándar parisino fue en 1993 y en 2013.
Pero incluso en tales condiciones, el kilogramo ruso "perdió peso". Hasta ahora, un microgramo con un error de medición de tres microgramos. Pero su progenitor francés con el tiempo se volvió más ligero en cincuenta microgramos. La razón, sugieren los científicos, es el movimiento de los átomos y la microtransferencia de partículas metálicas a los soportes durante las comparaciones.
Abrir una caja fuerte con un kilogramo es un procedimiento solemne y laborioso Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
El estándar mundial anterior para el kilogramo era mucho menos confiable y conveniente: era un decímetro cúbico de agua destilada. El estándar de masa dependía involuntariamente del estándar de longitud. Ahora hay comparadores de vacío: escalas ultramodernas que pueden contar un objeto por átomos.
Comparador: básculas capaces de contar átomos Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
“Dentro del margen de error, nuestro kilogramo actual no ha cambiado, pero los requisitos están creciendo”, dice Kirill Gogolinsky. - Existe un problema no solo de precisión, sino también de conservación y reproducción del kilogramo como tal.
43 CERO
La economía y la industria en desarrollo requieren aumentar el número de decimales.
“La redefinición es desde hace mucho tiempo: las industrias de precisión, como la farmacología, se están desarrollando activamente”, señala Alexey Abramov. - Pero la contribución de la metrología a la economía es el uno por ciento del PIB.
El estándar de masa de repuesto también tiene 125 años Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
La comunidad mundial planea pasar de estándares creados por el hombre a valores cuánticos absolutamente precisos en 2018.
“Hay dos proyectos internacionales dedicados al nuevo estándar del kilogramo”, explica Viktor Snegov. - La primera es la determinación del kilogramo a través de la constante de Planck utilizando las llamadas escalas de vatios, que comparan la energía mecánica y eléctrica. El segundo es el camino de la constante Avogadro y la esfera de silicio.
Una bola de un kilogramo de isótopo de silicio 28 puede confundirse con el mismo peso. Pero hay una diferencia importante: los científicos saben cuántos átomos hay en esta bola. Es terrible decir que hay alrededor de cincuenta septillones de piezas (después de cinco, 43 cero). Si la humanidad pasa de un peso a una esfera, entonces se responderá a la pregunta de qué es un kilogramo: "Esta es la masa de tantos átomos de silicio-28". Los comparadores ayudarán a reproducir nuevos estándares. Y sin envejecimiento del metal, sin discrepancias.
El kilogramo principal de Rusia tiene muchos 'descendientes' de acero Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- El silicio es un elemento muy estable: se desintegra después de miles de millones de años, su capa de oxidación es mínima, explican los científicos. “Tiene una estructura cristalina clara, por lo que la molienda puede lograr el mismo número de átomos de diámetro en todas las direcciones. La pelota tiene la forma más óptima.
Ahora hay alrededor de cien esferas de este tipo en el mundo. Los dos primeros costaron dos millones de euros: solo el pulido del silicio más puro de fabricación rusa, que tuvo lugar en Australia, duró dos años.
EN ESTE MOMENTO:
Aparecerá un tecnoparque en Lomonosov, donde se crearán nuevos estándares
En la lucha por la independencia de las importaciones, Rusia está "presionando" sobre la metrología. Aparecerá un tecnoparque sobre la base del Instituto de Investigación Mendeleev en Lomonosov, donde crearán nuevos estándares y desarrollarán sistemas de medición automáticos.
“El Technopark unirá a los desarrolladores y fabricantes rusos de equipos de medición y la competencia de Rosstandart”, dice Andrey Khovanskiy, jefe del departamento de proyectos de inversión de VNIIM, que lleva el nombre de Mendeleev. - Estamos planeando una completa exclusión de las importaciones. Si ahora es del 89 por ciento, en 2020 será al menos del cincuenta.
VNIIM lleva el nombre de Mendeleev / kp.ru
El tecnoparque estará en pleno funcionamiento en 2022. Ahora, en el sitio de 35,5 hectáreas hay dieciocho edificios, incluidos edificios únicos: edificios inmunes al ruido, laboratorios subterráneos. Es cierto que necesitan reparaciones. Durante la primera etapa aparecerán en el sitio cinco naves industriales, un complejo logístico, un edificio de oficinas y tres edificios residenciales para especialistas no residentes.
El diseño llevará un año, la reparación y la construcción otros dos. Todo necesita 9.1 mil millones de rublos.
VNIIM lleva el nombre de Mendeleev / kp.ru
En primer lugar, el tecnoparque se ocupará de los sistemas de medición automatizados en el campo de la ecología. Los planes también incluyen mediciones electroquímicas para medicina, metrología de sistemas ciberfísicos “inteligentes”, metrología del gas y complejo petroquímico. Y al mismo tiempo, el desarrollo de la base de referencia. Además, los residentes harán esto solo con su propio equipo.
“Estamos discutiendo un paquete de incentivos fiscales para los tecnoparques”, dice Maxim Meiksin, presidente del Comité de Industria e Innovación de San Petersburgo. - La creación de equipos de medición y todo lo relacionado con ellos se incluirá en la lista de actividades para las que las tasas impositivas se reducirán a cero.
Cerca de diez organizaciones ya están listas para trabajar en el tecnoparque. Smolny cree que el Tecnoparque Lomonosov se convertirá en un "proyecto de gran avance".
Anna POSLYANOVA
