Wissenschaftler sind Neudefinition des Kilogramms

Stoppen Sie die Pressen! Physiker am National Institute of Standards and Technology haben eine neue Messung der Plancksche Konstante eine hochgenaue Grad vorgenommen. Es ist der neueste Schritt in Richtung Verbesserung der offiziellen Definition des Kilogramms, die Einheit der Masse, die unser gesamte internationale System der Gewichte und Maße zugrunde liegt.

Ähm... Yay? Lassen Sie uns nur bestätigen, dass als spannende Wissenschaft Nachrichten geht, ist dies eine schwer zu verkaufen Darüber hinaus die meisten Hardcore-Physik-Nerds. Aber es spielt wirklich eine ganze Menge.

Co-Autor Jon Pratt, Sparte führend am NIST, vergleicht solche Aufgaben zur Aufrechterhaltung der interstate-Highway-System. "Jeder will auf die Sache zu fahren, aber niemand wirklich denkt, wie es dort ankam" Er erzählte Gizmodo. "Diese Messungen sehr grundlegenden Normen zu tun bietet die ultimative Infrastruktur." Er räumt ein, dass dies immer noch nicht besonders überzeugend klingt, "aber das Fehlen derselben wäre sehr überzeugend."

Plancksche Konstante (h) ist das Herzstück der Quantenmechanik. Atome können nur in diskreten Paketen bekannt als "Quanten" Energie abgeben – ähnlich wie Währung nur in bestimmten Konfessionen kommt – und diese Menge an Energie ist proportional zur Plancksche Konstante. Es ist eine sehr kleine Zahl, und daher extrem schwierig, genau zu messen. Mit einem Hightech-Twist auf eine Oldschool Waage Waage, kamen die NIST Wissenschaftler bei einem Wert von 6.62606983x10^-34Kg∙m2/s, mit einer Genauigkeit von 34 Teile pro Milliarde. Sie beschrieb ihre letzte Messung in einem neuen Papier im Beitrag von wissenschaftlichen Instrumenten.

Physiker sind nicht nur für kichert dabei. Es ist alles Teil einer größeren Anstrengung Neudefinition des Kilogramms. Derzeit wird der Wert durch eine tatsächliche Metall Artefakt definiert die Größe eines Golfballs – genannt "Le Grand K" oder IPK (für internationale Prototyp des Kilogramms) – befindet sich in einem sicheren Tresor und unter drei Gläsern Bell, am International Bureau of Weights und Maßnahmen (BIPM) außerhalb von Paris. Das Artefakt hat das Kilogramm seit 127 Jahren gesetzt. Aber es ist geplant, im Jahr 2018 auslaufen.

Die Ursprünge der Kilogramm zurück in die Regierungszeit des französischen Königs Louis XVI, niedergelassenen eine Einheit namens die schwere Masse in Reaktion auf die Betrug statt unter den Handwerkern zu messen. Nach der französischen Revolution und der Gründung der neuen Republik beschlossen EZB Staats-und Regierungschefs im Jahre 1795, dass die Messung der Masse Grammdefiniert sie als das absolute Gewicht 1 Kubikzentimeter Wasser bei 4 Grad Celsius.

Aber das war unpraktisch für Handel und Gewerbe – wer will schon eine erbsengroße Wassereinheit ganzen Tag schleppen? So entstand das Kilogramm am 22. Juni 1799: ein Stück massivem Metall 1000 Mal mehr Masse als die Gram. Im Jahre 1875 unterzeichneten siebzehn Ländern, einschließlich den USA, einen Vertrag, also sie alle die gleichen Einheiten für die Masse und Länge verwenden könnten, und "Le Grand K" geschmiedet wurde, zusammen mit Kopien an alle teilnehmenden Länder gesendet. Das US-Artefakt befindet sich am NIST.

Wenn das Kilogramm gut über einem Jahrhundert gearbeitet hat, warum mit es durcheinander? Nun, ist es derzeit nur standard-Einheit, die immer noch auf einem physikalischen Artefakt beruht. Ein Messgerät verwendet, um durch einen Metallstab mit zwei Markierungen auf es definiert werden, aber im Jahr 1983 wurde es definiert, nach wie viel Licht in 1/299,792,458 Sekunden zurücklegt.

Auch haben die verschiedenen Artefakte im Laufe der Zeit voneinander in Bezug auf die Masse auseinander gewesen. Auch wenn sorgfältig unter Glocke Gläser gelagert, die Replikate langsam gewinnen konnte Masse durch die Absorption von Schadstoffen in die Atmosphäre, obwohl regelmäßige Reinigungen helfen können minimieren, dass Gewinn. Die IPK selbst ist eigentlich verlieren Masse, bezogen auf seine offiziellen Kopien, ein Phänomen, das ehrlich gesagt Physiker verblüfft. Diese Diskrepanz ist wichtig, weil ein Großteil der heutigen Spitzenforschung erfordert Dinge bei ultra-kleinen Maßstäben zu messen.

Wenn Wissenschaftler auf das Kilogramm für präzise Messungen verlassen können, stellt es erhebliche Probleme für den Rest des Systems SI Maßeinheiten, da das Kilogramm so ziemlich alles untermauert.

Die Definition von Newton, zum Beispiel ist die erforderliche Kraft, um ein Kilogramm bei einem Meter pro Sekunde beschleunigen Quadrat. Wenn der Wert des Kilogramms sogar leicht, dies ändert, muss auch den Wert des Newton. Und die Newton ist Schlüssel zur Bestimmung der offiziellen Definition von Pascal (eine Einheit des Drucks), Joule (eine Einheit der Energie) und die Ampere. Und so weiter für jeden standard-Einheit verlassen wir uns auf.

Thats, warum Wissenschaftler sind daran interessiert, das Kilogramm nach einer grundlegenden Konstanten der Natur neu zu definieren. "Bewegen wir uns nun auf etwas, das eine vollständige Abstraktion ist", sagte Pratt. Im Gegensatz zu den physikalischen Artefakt, dessen Masse verändert sich immer so leicht mit der Zeit, eine Naturkonstante ist genau das: konstant und unveränderlich im ganzen Universum (theoretisch zumindest).

Im Jahr 2007 schlug ein Mathematiker und ein Physiker Neudefinition des Kilogramms als die Masse der eine große Anzahl von Kohlenstoff-12 Atome. Das ist sicherlich eine Möglichkeit, es zu tun, aber es ist auch möglich, nach Plancksche Konstante (der mathematische Wert beinhaltet das Kilogramm), unter der Annahme, dass verschiedene unabhängige Messungen auf der ganzen Welt mit großer Präzision miteinander übereinstimmen können definieren.

Und genau deshalb diese neueste NIST-Messung ankommt: Es ist eine von mehreren laufenden Bemühungen um die Plancksche Konstante in Frankreich, Kanada, Deutschland und den USA messen Eine Zusammenarbeit ist eine Methode verwendet, die beinhaltet, zählen die Atome in einer nahezu perfekten Kugel aus Silizium. Das NIST-Team nutzt eine Vorrichtung bekannt als eine Watt-Waage. Im Wesentlichen ist es ein Hightech-Skala, die vergleicht das Gewicht einer bestimmten Masse, wie viel elektromagnetische Kraft benötigt wird, um es auszugleichen. Diese Nummer kann dann verwendet werden, Plancksche Konstante berechnen. "Die Watt-Waage tatsächlich einen Zusammenhang zwischen Masse und Plancksche Konstante etablieren kann," sagte Hauptautor Darine el Haddad Gizmodo.

Sobald alle Ergebnisse sind, werden sie in einen Computer einfließen, die die Daten, um den besten Gesamtwert der Plancksche Konstante ankommen crunch wird. Und das wird die neue Grundlage für das Kilogramm ab 2018.

Die meisten von uns bemerken nicht wahrscheinlich, wenn das passiert. Aber Wissenschaftler haben, die viel mehr Vertrauen bei empfindlichen Messungen in der Zukunft. Und sie werden es zu verdanken, eine Handvoll unbesungenen Helden jahrelang eine undankbare Aufgabe arbeiteten, das Kilogramm bleibt für immer wirklich konstant zu gewährleisten.