「Everything Different, Nothing Changes」では、キログラムを再定義する数年にわたる取り組みを時系列で追っています。専門家のインタビューや現場を撮影した素晴らしい映像は、新しい質量標準の不変性を実証した思考と技術の両面について深く掘り下げています。
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質量の単位であるキログラムは、数学定数ではなく、物理的なアーティファクトによって定義される最後のSI測定 単位です。1889年、第1回度量衡総会(GCPM)は、単位の定義として国際キログラム原器(IPK)を採用しましたが、これは現在まで変更されていません。
以前は、これは質量の測定が完全に物理的な物体の質量正確さに依存していたことを意味し、高度なセキュリティ対策にもかかわらず、時間の経過とともに制御不能な変化を起こす傾向がありました。
したがって、測定 単位が物理的な物体から独立し、したがって時間や場所に依存しずに完全に安定し、正確でアクセス可能であることを保証するために、キログラムの新しい定義が必要でした。1kgを再定義する画期的な研究プロジェクトには、世界中の科学者が関わっています。
1kgの再定義は、1960年に国際単位系(SI)が策定されてから最大規模の見直しの一環として行われています。このホワイトペーパーでは、1kgの再定義の背景と、この変更が計量に与える影響について説明しています。この文書をダウンロードして、これまでに実施された措置と変更の実施方法、およびその結果をご確認ください。
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「キログラムの再定義」の背景をビデオで解説
以下のFAQを読み、例えば、再定義がいつ行われるのか、1kgの再定義による「古い」キログラムはどうなるのか、研究室や産業計量にはどのような影響があるのか、などを確認してください。
1. なぜ「再定義」という言葉を使うのですか?
SI基本単位の各底単位には明確な定義があります。2018年まで有効な単位キログラムの定義は、国際キログラム原器(IPK)の質量に基づいています。アーティファクトはその性質上不安定であるため、現在の定義をより安定したものに置き換える作業が進行中であり、「再定義」という用語が使用されています。
2. なぜキログラムの再定義が必要なのですか?
キログラムの再定義が必要なのにはいくつかの理由があります。最も実用的なものは次のとおりです。:
- パリに保管されているIPKの質量は安定しておらず、この不安定性を定量化することは不可能です。
- 一次標準は、パリのBIPM研究室/ラボでのみ利用できます。
- 1つのアーティファクトだけに基づいてグローバル測定 単位を行うことは、大きなリスク(損傷、損失)です。
- 質量単位の未知の変化も、これまでのところキログラムに依存するアンペア、モルおよびカンデラに影響を与えます。
新しい定義は、これらすべての問題を克服するように設計されています。
3. 計量結果にはどのような変化が予想されますか?
新しいキログラムの定義が関係するプランク定数の値は、再定義時に質量単位の変化が見られず、計量結果まったく影響を受けないように選択されています。
4. 新しいキログラムの定義に準拠するために、すべての天秤を再校正する必要がありますか?
キログラムの新しい定義はキログラム単位の値を変更しないため、天秤などの計量機器を再校正する必要はありません。
5.新しいキログラムの定義に準拠するために、すべての分銅を再校正する必要がありますか?
新しい定義ではキログラム単位の値は変更されないため、分銅などの計量機器を再校正する必要はありません。
6. 校正コストは増加しますか?
キログラムの新しい定義はあらゆる市販の校正には影響しません。
7. 国際的なプロトタイプがないので、キログラムはどこでも同じですか?
再定義を監督する質量諮問委員会(CCM)は、各国の標準化研究所間の一連の重要な比較によって、質量の単位が世界中で同等であることを確認します。
8. キログラムを再定義するメリットとは?
基本定数の観点から再定義すると、2つの大きな利点があります。
- キログラムの再定義によりSI質量単位は完全に安定し、再定義されたキログラムに対して(IPKを含む)一次(アーティファクトに基づく)質量標準の変更をモニタリングできます(ワット天びんまたはアボガドロ実験)。
- トレーサビリティをIPKから取り出す必要がなくなり、NMIは(理論的には)キブル天びん(=ワットバランス)またはアボガドロ実験から独自の質量スケールを実現できます。
(ソース: EURAMET).
9. 新しいキログラムの定義はどのように説明できますか?
確かに、新しいキログラムの定義は、キログラム原器を定義として使用するよりもはるかに抽象的です。それを説明する1つの方法は次のとおりです。
プランク定数が正確に6.626 070 15×10−34 s−1·m2··kgに固定されており、「s」と「m」がすでに固定されている場合、そうすることで「kg」も固定されます。したがって、プランク定数に前述の値を使用することで、キログラムが定義されます。
10. IPKはどうなりますか?廃止されますか、それとも今後これら3つの方法の間で継続的な参照チェックがありますか?
キログラムの定義が物質的なアーティファクトではなく自然の不変量に基づいているとすぐに、理論的には、あらゆる場所で、あらゆる時間に、誰でも質量のSI単位を実現することが可能になります。したがって、IPKは定義として機能的に廃止されますが、物理的にはチェック標準として実験で使用されます。
11. キログラムの再定義はいつ行われますか?
2018年11月、CGPM(度量衡総会)はキログラムの新しい定義を正式に採用する予定であり、2019年5月20日から実際に実施されます。
12. 実際には、プランク定数は分銅、重量計とどのように関連していますか?
プランク定数を基準にしてキログラムを実現するために、物理的研究室の実験が2つあります。XRCD(アボガドロ)球実験とワットバランス(キブル天びん)実験です。プランク定数の固定値が計算に使用されるとき、これらの実験の助けを借りて、物理的な物体の質量を決定することができます。
13. キログラムあらゆる再定義することにより、産業分野や研究室 計量に予想される変化はありますか?SOPを調整する必要はあるか?
キログラムの再定義は、トレーサビリティ連鎖の始まりである単位キログラムの実現にのみ影響します。分銅、重量ピースの校正や天秤のような計量機器の校正など、他のすべての校正手順は影響を受けません。
14. キログラムの再定義後、校正の不確かさは変わるのでしょうか?
キログラムの新しい定義とその実装の許容基準を設計する際には、校正チェーンに沿って不確かさの大幅な増加が発生しないように特別な注意が払われています。トレーサビリティチェーンの開始時に不確かさがいくらか増加していますが、これは国立測定機関によって考慮され、分銅、重量および計量機器の校正証明書の不確実性は再定義の影響を受けません。
15. キログラムを再定義することあらゆる欠点はありますか?
現在、キログラムの再定義の可能性にはいくつかの未解決の問題があります。質量はかりを実現するための不確かさは、ゼロ(IPKの現在の「不確かさ」)から2E08(再定義実験の目標値 不確かさ)に増加します。この不確かさの増加は、キログラム質量標準で20μgに相当します。
さらなる問題は、XRCDとキブルバランス実現実験の両方が真空中で機能するのに対し、現在の質量はかりは実現され、空気中に拡散されることです。質量標準の真空/空気移動によって質量値が変化することがわかっているため、この真空/空気ステップでは単位の供給にさらに不確かさ成分が加わります。
NMIの課題は、これらの不確かさ コンポーネントやその他のを特徴付けて最小限に抑え、校正顧客が利用できる最高の測定機能ができるだけ影響を受けないようにすることです。
(Adapted from EURAMET).
16. どちらがより現実的ですか？ シリコン球体ですか、それともワットバランスですか?
どちらの実験も適しています。実際、2種類の実験で一貫した結果が得られることが再定義の条件でした。どちらの実験も、新しいキログラムの定義を実装する有効な方法と考えられています。
17. 私は "商取引用機種"アプリケーションで天秤を使用しています。キログラムの再定義によってあらゆる変化が予想されますか?
キログラムの新しい定義はキログラム単位を変更するように設計されていないため、特別なアクションは必要ありません。
18. キログラムの実現が世界中の多くの研究所で独立して行われている場合、キログラムがどこでも同じであることをどのように確認できますか?
この質問はキログラムに限ったことではありません。国立計量学機関では、すべての測定単位が世界的に一貫性があるよう、定期的に相互比較を行っています。キログラムについては、新しい定義とその実装の開始位相を確実に一貫性するために特別な注意が払われています。
19. キログラムを実現する方法は2つしかありませんか?
この質問はキログラムに限ったことではありません。 国立計量学機関では、すべての測定単位が世界的に一貫性があるよう、定期的に相互比較を行っています。 キログラムについては、新しい定義とその実装の開始位相を確実に一貫性するために特別な注意が払われています。
20. キブル天びんはどのように機能しますか?
キブル天びんは、機械力と電力を実験的に同一視しています(別名「ワット天びん」と呼ばれています)。真空中で操作し、分銅、重量の質量をプランク定数に結びつけます。
21. XRCD実験はどのように機能しますか?
XRCD(X線結晶密度)の基本は、単結晶および単同位体シリコン球です。その質量は、その球体の原子数を計算し、プランク定数とアボガドロ定数の固定値と電子質量によって球の質量を測定することによって決定されます。
22.ラボでこれらのメソッドを維持しているラボは限られているのでしょうか、それとも多くのW&M団体がそれらを使用することが想定されていますか?
ワット/キブル天秤も、アボガドロ/XRCD実験も、研究室で大量のリソースを必要とします。いくつの研究所が独自の実験を維持することを決定し、将来どの品質水平調整で決定するかを事前に決定することはできません。
