Силициевата сфера като нов оригинален килограм - броенето на атоми като първата стъпка към нова дефиниция
Атомното броене като първата стъпка към предефинирането
Учените са на път да предефинират килограма. Топка, изработена от чист силиций, в бъдеще би могла да замени оригиналния платинен килограм, направен през 1889 г., който преди се смяташе за „мярка за всички неща“. За да може да се преброи прецизно броят на атомите, съдържащи се в новата сфера, сега на нейната повърхност са направени лазерни маркировки.
Оригиналният килограм, направен от платинена сплав през 1889 г. и сега съхраняван в трезор близо до Париж, по необясними причини едва ли отслабва, но отслабва. Следователно трябва да се създаде нов оригинален килограм от топка, изработена от чист силиций.
Атомите се броят в рентгенови лъчи
Новата сфера е с диаметър 9,36 см и е толкова безупречна и гладка, колкото никоя преди нея. Състои се от 99,99% от силициевия изотоп-28 и кристалната му структура е почти перфектна. Освен това тя е толкова кръгла, колкото може да бъде топка. Ако измервате радиуса от центъра на сферата до повърхността в различни точки, отклонението никъде не е по-голямо от 30 нанометра (30 милионни от милиметъра). Ако земята беше толкова гладка, колкото тази сфера, най-високата точка на земята, връх Еверест, щеше да бъде висока само 1,82 м.
За да се създаде перфектната кило-сфера, атомите на сферата се броят в измервателно устройство с помощта на рентгенова светлина. Тъй като точният брой силициеви атоми в килограм е известен, броенето на атоми може да определи точността на нов оригинален килограм. За това обаче е необходимо топката да бъде точно подравнена в рамките на използваните измервателни устройства.
Лазерни маркировки като помощно средство за броене
Като помощно средство за настройка, кристалната ориентация на сферата трябва да бъде видима на повърхността - с възможно най-малка промяна в изотопно чистата и високо прецизно полирана тестова сфера. За да маркира топката без измерима загуба на тегло, тя е структурирана с лазер. Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) беше избран заедно с Micreon GmbH, Хановер като партньор за маркиране на сферата.
Лазерното структуриране с помощта на фемтосекунден лазер генерира повърхностни центрове на разсейване, които са лесно видими с просто око дори при най-ниските средни дълбочини на аблация от няколко десетки нанометра. Добрата видимост се подобрява от вълнови структури, които позволяват светлината да се появява в характерните дъгови цветове. Наскоро прототипна сфера беше успешно предоставена с три марки. Втора топка с още по-висока чистота и още по-строги допустими отклонения също ще бъде маркирана с лазер от LZH и Micreon в близко бъдеще.
Официално установяване 2011
Трудно е да се предвидят последиците от въвеждането на много прецизна единица маса. Предефинирането на втория в края на шейсетте години показва, че той може да има далечни последици: Тогава никой не можеше да си представи каква единица време ще е необходима в реалния свят, която може да бъде точно определена до няколко милиардни части от частта. Днес широко разпространената система за глобално позициониране (GPS) би била немислима без това определение.