Fizică Modul în care cercetătorii redefinesc kilogramul - WELT
Sfera de siliciu de aproape zece centimetri a călătorit din Rusia în Germania, în Australia și înapoi în Germania
Este probabil cea mai perfectă sferă din lume: cu ajutorul unui cristal de siliciu gros de aproape zece centimetri, fizicienii din Braunschweig vor să redefinească kilogramul original parizian. Motiv: Greutatea inițială, care este păstrată într-un seif la periferia Parisului, suferă de slăbire.
În câteva zile, ceea ce este probabil cea mai perfectă sferă din lume ajunge la Laboratorul 5.41 la parterul clădirii Friedrich Paschen din Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) din Braunschweig. Este o minge de siliciu de aproximativ zece centimetri grosime, un kilogram. În lunile următoare, Peter Becker și echipa sa îl vor măsura extrem de precis într-o cameră de vid.
Există un plan ambițios în spatele acestui lucru: oamenii de știință vor să numere până la cel puțin opt zecimale câte atomi sunt conținuți într-o aluniță. Un mol, unitatea fizică de bază a cantității de substanță, corespunde greutății atomice a unei substanțe în grame. Pentru fier este de 56 grame, pentru mercur 201 sau pentru siliciu 28 grame. Natura a aranjat-o în așa fel încât să existe un număr egal de atomi în fiecare aluniță. 201 grame de mercur, de exemplu, conține întotdeauna atâția atomi cât 56 de grame de fier sau 28 de grame de siliciu.
Desigur că sunt destul de mulți atomi, de aproximativ șase ori zece până la putere23. Oricine dorește să înceapă să numere particulele în mod individual ar fi ocupat mult timp. Dacă ai înregistra un milion de atomi pe secundă, ai mai avea nevoie de 20 de miliarde de ani - mai mult decât a existat universul înainte. Deci, aceasta nu este o opțiune viabilă.
Prin urmare, fizicienii de la PTB abordează proiectul mult mai inteligent. Ei folosesc un monocristal de siliciu care are o structură atât de regulată încât este nevoie doar de o măsurare a distanței dintre atomii individuali din rețeaua cristalină pentru a ști câți atomi se încadrează în volumul său. Dar aici, ca peste tot cu măsurători de înaltă precizie, diavolul este în detaliu. Deoarece „niciun cristal nu este perfect, fiecare conține atomi străini și mici defecte care întrerup perfecțiunea rețelei de cristal”, explică șeful departamentului Peter Becker. În plus, măsurarea spațiului între grile nu este suficientă, deoarece volumul sferei și masa acesteia trebuie de asemenea determinate cât mai precis posibil. Acest lucru oferă densitatea lor și numai atunci când aveți toate aceste informații împreună puteți calcula câți atomi sunt într-o aluniță.
Desigur, oamenii de știință din Braunschweig nu merg la această cheltuială mare pentru bucuria numărării pure. Urmăresc o semnificație practică profundă: este vorba de trasarea ultimei unități de bază, încă nu definite cu exactitate, kilogramul, înapoi la constante naturale universale. Până în prezent, un cilindru mic de platină-iridiu a fost folosit ca standard pentru toate kilogramele din lume. Bureau International des Poids et Mesures îl păstrează într-un seif din Sèvres, la periferia Parisului.
Cu toate acestea, în ultimii 100 de ani s-a demonstrat că acest kilogram original a devenit treptat puțin mai ușor. Numai din acest motiv, ar avea sens să punem în cele din urmă definiția kilogramului pe o bază stabilă. Există activități legate de acest lucru în mai multe țări. PTB din Braunschweig se concentrează pe sfera de siliciu.
Pentru ca lucrul de numărare să fie cu adevărat precis, siliciul (Si) trebuie să fie extrem de pur și poate conține doar un singur tip de atom. „Siliciul natural constă întotdeauna din trei tipuri de atomi, așa-numiții izotopi, care diferă în ceea ce privește greutatea lor atomică”, explică Peter Becker. "Cel mai frecvent este Si 28, dar există și aproximativ cinci procente Si 29 și cantități mici de Si 30 în element."
Pentru a separa izotopii mai grei, PTB a comandat siliciu în Rusia în 2003, din care 99,99 la sută constă din izotopul Si 28. Tehnica utilizată pentru fabricarea acestuia este aceeași cu cea utilizată pentru îmbogățirea uraniului. Acesta este motivul pentru care oamenii de știință ruși au beneficiat și de experiența lor din programul de arme nucleare. Îmbogățirea a avut loc la Sankt Petersburg, curățarea și prelucrarea ulterioară a siliciului ca solid a fost efectuată de cercetătorii din Nijni Novgorod, fostul Gorki.
În 2006, materialul extrem de îmbogățit a ajuns în cele din urmă la Berlin-Adlershof, unde specialiștii de la Institutul pentru creșterea cristalelor au crescut un singur cristal extrem de regulat din acesta. Din aceasta, la rândul său, PTB a frezat o minge dură, care a fost apoi trimisă în Australia pentru lustruire. După această mică călătorie în jurul lumii, sfera de siliciu se întoarce acum acasă. În curând cercetătorii vor ști câți atomi conține.