Le prototype international (standard) du kilogramme est stocké au Bureau international des poids et mesures (situé à Sèvres près de Paris) et est un cylindre de 39,17 mm de diamètre et de hauteur en alliage platine-iridium (90% platine, 10% iridium). À l'origine, un kilogramme était défini comme la masse d'un décimètre cube (litre) d'eau pure à 4 ° C et à la pression atmosphérique standard au niveau de la mer.
Alors pourquoi est-il devenu plus lourd?
À l'aide de la technologie unique de détection Thêta, le professeur Peter Cumpson et le Dr Naoko Sano de l'Université de Newcastle ont analysé la surface de l'étalon et ont déterminé que le kilogramme prototype international (standard) quantifiait la contamination par les hydrocarbures à sa surface. Leurs recherches montrent que le prototype international (standard) du kilogramme a probablement gagné des dizaines de microgrammes en masse depuis l'introduction de la norme en 1875. Mais comme il s'agit d'un kilogramme auquel tous les kilogrammes du monde doivent correspondre, au sens théorique au moins tous les kilogrammes seront techniquement plus lourds aussi.
Alors qu'une augmentation du kilogramme de référence de plusieurs dizaines de microgrammes peut sembler insignifiante, Peter Cumpson fait valoir que tout écart entre le prototype international (référence) du kilogramme et ses réplicants peut être problématique. "Il y a des cas de commerce international avec des matériaux de grande valeur - où chaque dernier microgramme doit être pris en compte." Les hydrocarbures accumulés peuvent être éliminés par exposition à un mélange de rayons ultraviolets et d'ozone.
La situation est compliquée par le fait que dans le monde, il existe 39 copies les plus précises du kilogramme de référence stockées à Paris, qui à un moment donné ont été envoyées dans divers pays du monde pour maintenir un système unifié de mesures et de poids. Maintenant, selon un certain nombre de scientifiques, ils commencent à différer de plus en plus les uns des autres en poids en raison des conditions climatiques et autres qui existent dans différentes parties de la planète.
"L'industrialisation qui a eu lieu dans le monde et la nature du fonctionnement de la société moderne ont conduit au fait que la surface du kilogramme de référence a acquis une plaque sous forme de particules supplémentaires", explique une équipe de recherche de l'Université de Newcastle. - Le système de poids standard mondial est maintenant sous la menace de créer le chaos. Nous avons été horrifiés quand nous avons vu que des particules de mercure s'étaient accumulées à la surface de l'un des 40 kilogrammes de référence stockés au Royaume-Uni », a déclaré le professeur Peter Campson, chef de projet.
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Selon les informations reçues par la publication, la question de savoir comment effectuer un "dépoussiérage" spécial des surfaces de l'ensemble des 40 kilogrammes de référence afin de les ramener à un poids unique est en cours de discussion.
Lors d'une conférence de la Royal Scientific Society à Londres les 24 et 25 janvier, Richard Davis, ancien chef de la division de masse du Bureau international des poids et mesures (basé à Sèvres, près de Paris), a proposé d'assouplir la définition. Comme mesure temporaire avant de redéfinir la "masse en kilogramme", il a proposé de faire la moyenne des masses contestées. Donc, si les résultats de deux expériences de types différents pour déterminer la masse ne concordent pas tout à fait, ils devraient simplement être moyennés, et la valeur résultante devrait être déclarée une nouvelle norme, cite une proposition du scientifique Nature News.
Cependant, ce plan a de nombreux opposants. «La décision de simplement faire la moyenne de deux résultats incohérents serait parfaitement mathématiquement correcte, mais ce n'est pas une approche scientifique», a déclaré Michael Hart, physicien à l'Université de Manchester.
Les défenseurs de la moyenne y voient une voie à suivre. «Idéalement, nous voulons parvenir à une parfaite convergence des mesures. Mais si cela ne fonctionne pas, vous devez utiliser une approche mathématique », a déclaré Terry Quinn, ancien directeur du Bureau international des poids et mesures. Il souligne que les différences en question sont trop faibles pour créer de réels problèmes pour l'application pratique de la mesure.
Cette différence est un problème sérieux à long terme, car on ne peut juger si les copies s'alourdissent ou, au contraire, si la référence est plus légère.
Par conséquent, les scientifiques envisagent depuis longtemps de remplacer le standard «matériel» du kilogramme, en l'exprimant en termes de constantes invariables de la physique, qui sont déterminées avec une grande précision et ne changent pas. Si cela réussit, la masse du kilogramme deviendra aussi inchangée que les lois de l'univers.
Les scientifiques utilisent deux approches pour trouver l'expression exacte du kilogramme: dans la première, la masse du kilogramme est déterminée à l'aide de champs électriques et magnétiques, et dans la seconde, ils essaient de l'exprimer en termes de constante de Planck, l'une des quantités de base de la mécanique quantique.
La deuxième méthode implique un recalcul direct du nombre d'atomes dans une sphère de silicium cristallin. Ce résultat permet de redéfinir le kilogramme en fonction de la constante d'Avogadro, qui est le nombre de molécules par mole de matière et, en fait, relie la masse atomique d'un élément à la masse d'un corps macroscopique.
Ces dernières années, des mesures par les deux méthodes ont été effectuées avec une précision de 30 ppb - c'est la limite des mesures les plus précises de la masse d'un cylindre en platine-iridium. Cependant, les résultats des deux types d'expériences divergent de 175 milliards d'actions - c'est beaucoup plus raisonnable d'un point de vue méthodologique.
Cela ne permet pas de redéfinir officiellement la mesure du kilogramme, car les raisons de l'écart ne sont pas claires et ne peuvent pas encore être éliminées. C'est pourquoi une proposition a été avancée concernant la moyenne élémentaire de deux calculs et une telle redéfinition mathématique du kilogramme.
La tâche de redéfinir la norme de masse devient de plus en plus aiguë avec le temps. «Plus nous attendons et nous conférons, plus la dérive de masse entre le standard d'origine et ses répliques est grande. Ensuite, nous ne pourrons pas du tout nous entendre sur la masse à considérer comme référence. La situation semble presque folle », admet Quinn.
Jusqu'à présent, les scientifiques ont convenu que les atomes de silicium sont idéaux pour le projet en raison de leur stabilité. Dans des conditions standard, ils ne sont presque jamais détruits et tous les dommages sont facilement calculés. "Nous voulons redéfinir un kilogramme en fonction de la masse d'un atome, nous voulons compter les atomes dans un kilogramme d'un certain cristal", a déclaré le professeur Peter Becker "Nous mesurons le volume d'une sphère et le volume d'un atome de silicium, et lorsque vous divisez la sphère de silicium par le volume d'un atome, vous obtenez le nombre d'atomes - tout est très simple ». Des scientifiques de nombreux pays, dont la Russie, participent à la fabrication de la norme. 2 millions d'euros ont été dépensés pour la fabrication d'une sphère en silicium, et elle a été créée pendant près de 5 ans. Selon le chef de projet, les physiciens ont déjà calculé combien d'atomes de silicium devraient être dans un kg et ont commencé à «assembler»bien que cette norme ne soit pas parfaitement précise, car jusqu'à présent les scientifiques ne peuvent pas «assembler» une norme au sens littéral des atomes.
L'association de production "Electrochemical Plant" à Zelenogorsk dans le territoire de Krasnoïarsk fournira des matières premières pour créer une nouvelle norme internationale pour le kilogramme - une boule idéale faite d'un monocristal d'isotope de silicium-28, a déclaré le service de presse de l'entreprise à Interfax.
L'étalon sera réalisé sous la forme d'une boule idéale à partir d'un monocristal d'isotope de silicium-28.
Le cristal sera cultivé à l'Institute of Crystal Growth Germany à partir de silicium polycristallin obtenu à l'Institut de chimie des substances de haute pureté de Nizhny Novgorod. La matière première initiale du standard - le tétrafluorure de silicium - a été fournie par Zelenogorsk ECP.
