Kremíková sféra ako nový pôvodný kilogram - počítanie atómov ako prvý krok k novej definícii
Atómové počítanie ako prvý krok k predefinovaniu
Vedci sú na dobrej ceste k novému definovaniu kilogramu. Guľa vyrobená z čistého kremíka mohla v budúcnosti nahradiť pôvodný platinový kilogram vyrobený v roku 1889, ktorý sa predtým považoval za „meradlo všetkých vecí“. Aby bolo možné presne spočítať počet atómov obsiahnutých v novej sfére, bolo teraz na jej povrchu urobené laserové značenie.
Pôvodný kilogram vyrobený v roku 1889 zo zliatiny platiny a teraz uložený v trezore neďaleko Paríža z nevysvetliteľných dôvodov ťažko stratí svoju váhu, ale chudne. Z gule z čistého kremíka má preto vzniknúť nový originálny kilogram.
Atómy sa počítajú v röntgenovom svetle
Nová guľa má priemer 9,36 cm a je rovnako bezchybná a hladká ako žiadna predtým. Skladá sa z 99,99 percenta izotopu kremíka-28 a jeho kryštalická štruktúra je takmer dokonalá. Navyše je také guľaté, ako len môže byť lopta. Ak zmeriate polomer od stredu gule k povrchu v rôznych bodoch, odchýlka nie je nikde väčšia ako 30 nanometrov (30 milióntin milimetra). Keby bola Zem hladká ako táto sféra, najvyšší bod na Zemi, Mount Everest, by bol vysoký iba 1,82 m.
Na vytvorenie dokonalej kilo-gule sa atómy tejto gule počítajú v meracom prístroji pomocou röntgenového svetla. Pretože je známy presný počet atómov kremíka v kilogramoch, počet atómov môže určiť presnosť nového pôvodného kilogramu. Na to je však potrebné, aby bola guľa v použitých meracích zariadeniach presne vyrovnaná.
Laserové značenie ako pomôcka pre počítanie
Ako pomôcka na nastavenie musí byť na povrchu viditeľná orientácia kryštálov gule - a to pri najmenšej možnej zmene v izotopovo čistej a vysoko precízne vyleštenej testovacej guli. Aby bola lopta označená bez akejkoľvek merateľnej straty hmotnosti, je štruktúrovaná pomocou laseru. Spoločnosť Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) bola vybraná spolu s firmou Micreon GmbH, Hannover ako partner na označovanie sféry.
Laserové štruktúrovanie pomocou femtosekundového laseru generuje povrchové rozptylové centrá, ktoré sú ľahko viditeľné voľným okom aj pri najnižších priemerných hĺbkach ablácie niekoľkých desiatok nanometrov. Dobrú viditeľnosť zvyšujú vlnové štruktúry, ktoré nechávajú svetlo pôsobiť v charakteristických dúhových farbách. Prototypová sféra bola nedávno úspešne vybavená tromi známkami. Druhá guľa s ešte vyššou čistotou a ešte prísnejšími toleranciami objemu bude v blízkej budúcnosti tiež označená laserom LZH a Micreon.
Oficiálne zriadenie 2011
Je ťažké predpovedať, aké dôsledky bude mať zavedenie veľmi presnej jednotky hmotnosti. Predefinovanie druhej na konci šesťdesiatych rokov ukazuje, že môže mať ďalekosiahle následky: Nikto si vtedy nedokázal predstaviť, aká časová jednotka bude v reálnom svete niekedy potrebná a ktorá by sa dala presne určiť na niekoľko milióntin zlomku. Bez tejto definície by dnes bol rozšírený globálny pozičný systém (GPS) nemysliteľný.