Начало новой эры

С мая 2019 года определение единицы измерения массы — килограмма — больше не основано на международном эталоне килограмма, который хранится в Париже. Теперь килограмм определяется через фундаментальные физические постоянные. Компания МЕТТЛЕР ТОЛЕДО сыграла ключевую роль в этом историческом событии.

Сколько на самом деле весит килограмм? В международной системе единиц физических величин (СИ) недавно появились новые определения основных единиц измерения. Теперь они определяются через фундаментальные физические постоянные. 

До сих пор стандартом для определения массы служил международный эталон килограмма, хранящийся в Париже. Однако с течением времени масса этого металлического цилиндра постепенно менялась. Массы международного и национальных эталонов килограмма в различных странах начали расходиться на неконтролируемую величину. С точки зрения мировой стандартизации такое положение дел было неприемлемо.

Сотни ученых во всем мире уже несколько десятилетий обсуждали изменение определения килограмма. С самого начала в этой работе участвовали и сотрудники компании МЕТТЛЕР ТОЛЕДО. «Это самая большая революция в метрологии за последние 200 лет», — считает Луис Кашон, начальник отдела законодательной метрологии в компании МЕТТЛЕР ТОЛЕДО.

Компания МЕТТЛЕР ТОЛЕДО внесла значительный вклад в создание двух систем, поддерживающих новое определение. Одной из этих систем стал компаратор массы M_one, используемый для калибровки массы с максимальной точностью. Национальные институты метрологии, в том числе широко известный Физико-технический федеральный институт (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) (PTB), используют M_one для определения массы новых сферических эталонных объектов из сверхчистого кремния. Преимуществом монокристаллического кремния является то, что его атомная структура остается однородной во всем объеме кристалла. После измерения объема и поверхности кремниевой сферы ученые могут подсчитать, сколько атомов в ней содержится. Соответственно, определение килограмма может быть дано по количеству атомов и больше не зависит от местного эталона. Метрологические организации разных стран, имеющие в своем распоряжении нужные технологии, могут воспроизвести этот процесс. «При наличии оборудования практически кто угодно может создать собственный эталон килограмма», — подтверждает Хавьер Левитт из отдела лабораторных исследований.

Определить килограмм можно и с помощью ватт-весов. В швейцарском Федеральном институте метрологии (METAS), расположенном в Берне, физики определяют соотношение между механической и электрической мощностью на ватт-весах. На таких весах масса уравновешивается электромагнитной силой. В этом эксперименте также используются измерительная ячейка МЕТТЛЕР ТОЛЕДО и компаратор M_one, незаменимый при копировании эталона килограмма.

Национальные метрологические институты могут выбрать один из двух вариантов. «Прослеживание всех единиц до фундаментальных физических постоянных гарантирует, что килограмм как единица измерения будет более стабильным, — считает Луис Кашон. — Повышение точности определения массы не отстает от технологического прогресса.»

Для потребителей, однако, ничего не изменится. Новое определение никак не повлияет на повседневную жизнь за пределами метрологических институтов. Но что будет с международным эталоном килограмма после 20 мая? Он останется там, где хранится в настоящее время, — в Международном бюро мер и весов (МБМВ). Как и раньше, периодически его массу будут проверять.