Forskere har udviklet en revolutionerende måde at omdefinere kilogrammet på

Hvis du kender det grundlæggende i metrisk konvertering, du ved, at 2,2 pund svarer til 1 kilo. Men hvor meget vejer et kilo, Nemlig? Hvordan definerer man et abstrakt begreb som en måleenhed? Siden 1875 har den nøjagtige vægt af et kilo er blevet defineret af den internationale prototype af kilogrammet, en cylinder fremstillet af en legering, der er 90 procent platin, 10 procent iridium, og sidder låst inde i et miljøreguleret hvælving uden for Paris. Hvert 40 år, det er fjernet og sammenlignet med en halv snes eksemplarer rundt om i verden, som igen bruges som modeller til replikavægte rundt om i verden.

Dette system var OK i slutningen af ​​1800 -tallet. Men i dag, med superpræcise målinger, der er nødvendige for farmaceutisk produktion, kemi, astrofysik og andre bestræbelser, det fungerer ikke længere så godt. Læg dertil et andet problem - efter næsten halvandet århundrede, den har taget på i vægt, takket være mest sandsynligt forurenende stoffer, der gradvist er ophobet på overfladen.

Derfor er Den Internationale Komité for Vægte og Mål, det styrende organ, der kontrollerer, hvad det vil sige at veje et kilo, er interesseret i at skifte fra en fysisk standard til en baseret på en grundlæggende standard i naturen - noget som forskere kan replikere i laboratorier på tværs af planeten.

Forskere fra den amerikanske regerings National Institute of Standards and Technology (NIST) siger, at de har fået et gennembrud, der kunne løse problemet. Ved hjælp af en ny maskine kaldet NIST-4, de har bestemt en mere præcis værdi for Plancks konstant, et virkelig lille antal (og en grundlæggende fysisk mængde), der bruges i kvantefysik til at beregne mængden af ​​energi, der transmitteres af en enkelt foton.

Plancks konstant kan også bruges til at definere kilogrammet, fordi det også er en grundlæggende konstant - noget der ikke ændrer sig i vores univers - og forskere kan udføre eksperimenter for at bestemme, hvad det er. "Vi kan reparere enheden og spørge naturen, 'Hvad er den numeriske værdi af grundkonstanten ved brug af disse enheder?' "Sagde NIST -fysikeren Stephan Schlamminger i en e -mail." Eller ellers, vi kan fastsætte den numeriske værdi og bruge eksperimentet til at bestemme enhedens størrelse. "

For at beregne Plancks konstant mere præcist, NIST -forskere anvendte en enhed kaldet en Kibble balance, opkaldt efter den britiske fysiker, der opfandt teknikken. Enheden "sammenligner elektrisk strøm med mekanisk effekt, "sagde Schlamminger." Effekt måles i enheder af watt. Mekanisk kraft er givet ved kraft gange hastighed. I balancen er kraften vægten af ​​en massestandard. Elektrisk effekt kan måles som et produkt af to frekvenser og Planck -konstanten. Disse har at gøre med to kvantemekaniske effekter, der bruges til at måle spænding og modstand. Derfor, masseenheden kan knyttes til Planck -konstanten. "

Her er en video, hvor NIST -fysikeren Darine Haddad bruger en kop kaffe og sukkerterninger til at forklare betydningen af ​​Plancks konstant:

I 2016, NIST -forskere offentliggjorde en måling af Plancks konstant med en usikkerhed på kun 34 dele pr. som er, godt, ret pæn præcis. Men de blev ved med at eksperimentere, og nu hvor de har flere års data at arbejde med, de har finpudset det lille antal endnu mere. Den nye NIST -måling sætter Plancks konstant på 6,626069934 x 10−34 kg ∙ m2/s, med en usikkerhed på kun 13 dele pr.

NIST -forskerne er et af mange videnskabelige teams i lande lige fra Canada til Sydkorea, der kæmper om at komme med den mest præcise værdi for Plancks konstant. Nogle udfører også eksperimenter med Kibble -balancen, mens andre bruger metoden til røntgenkrystaldensitet, hvor de udleder antallet af siliciumatomer i en ekstremt rund siliciumkugle, Sagde Schlamminger.

NIST -fysikeren bemærkede, at det kan være muligt at reducere graden af ​​usikkerhed i deres måling af Plancks konstant endnu længere end den publicerede værdi, ned til 11 dele pr. milliard. Men de håber, at det offentliggjorte nummer er tilstrækkeligt til at omdefinere kilogrammet, han sagde.

Max Planck, den nobelvindende tyske fysiker, der udtænkte Plancks konstant i 1900, havde en søn Erwin, der var involveret i det mislykkede forsøg på at myrde Adolf Hitler i 1944. Erwin blev henrettet i 1945, trods et brev, som hans far skrev til den nazistiske diktator for at bønfalde for sit liv.