Nová éra vážení

Od května 2019 již hmotnost kilogramu není založena na mezinárodním prototypu kilogramu (IPK) uloženém v Paříži. Nyní je již definována za pomoci fyzikálních konstant. Společnost METTLER TOLEDO sehrála v této historické změně rozhodující úlohu.

Kolik přesně váží jeden kilogram? Mezinárodní soustava jednotek (SI) provedla před nedávnem novou definici základních jednotek měření, které jsou nyní odvozeny od základních fyzikálních konstant. 

Až doposud sloužil coby reference pro hmotnost jednoho kilogramu mezinárodní prototyp kilogramu uložený v Paříži. Hmotnost tohoto kovového válce se však za dobu mnoha desetiletí změnila. Hmotnost mezinárodního prototypu kilogramu a jednotky kilogramu v jednotlivých zemích světa se začaly nekontrolovatelně rozcházet. Pro metrologický svět byl tento stav neudržitelný.

Na nové definici kilogramu pracovaly stovky vědců z celého světa po několik desetiletí. Od samotného počátku se tohoto procesu účastnili i mnozí zaměstnanci METTLER TOLEDO. „Jedná se o největší revoluci v metrologii za více než 200 let,“ říká Luis Cachon, vedoucí divize legální metrologie ve společnosti METTLER TOLEDO.

Společnost METTLER TOLEDO významně přispěla ke dvěma řešením, která podporují novou definici kilogramu. Například vývojem přístroje M_one, komparátoru hmotnosti pro kalibraci hmotnosti s nejvyšší úrovní preciznosti. Národní metrologické instituty, například renomovaný německý ústav Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), používají přístroj M_one ke stanovení hmotnosti nových, kulových referenčních předmětů z ultra čistého křemíku. Výhoda monokrystalického křemíku spočívá v rovnoměrném rozložení jeho atomové struktury v celém krystalu. Po změření objemu a plochy křemíkové koule mohou vědci stanovit, kolik atomů obsahuje. Kilogram lze poté definovat na základě počtu atomů, takže již nezávisí na místní referenční hmotnosti. Tento proces mohou používat metrologické instituty na celém světě, které touto technologií disponují. „Každý, kdo vlastní toto zařízení, si může víceméně vyrobit vlastní kilogram,“ potvrzuje Javier Levitt z laboratorní divize.

Dalším způsobem definice kilogramu je použití wattmetrické váhy. Ve Švýcarském federálním metrologickém institutu (METAS) v Bernu používají fyzici wattmetrickou váhu k porovnání mechanického a elektrického výkonu. Váha používá k zavěšení hmotnosti elektromagnetickou sílu. I k tomuto experimentu se používá měřicí cela METTLER TOLEDO a komparátor M_one, který je nepostradatelný při následném přenosu kilogramu.

Jednotlivé státní metrologické instituty si mohou vybrat, kterou z těchto dvou variant budou používat. „Navázání na základní přírodní konstanty je zárukou vyšší stability jednotky kilogramu,“ říká Luis Cachon. „Přesnost stanovení hmotnosti se zvyšuje stejně rychle, jak se rozvíjí technologický pokrok.“

Pro spotřebitele se však nic nemění. Nová definice kilogramu nemá dopad na každodenní život mimo metrologické instituty. Co se však stane z mezinárodním prototypem kilogramu po 20. květnu? Prozatím zůstane tam, kde se nachází nyní, tj. v Mezinárodním úřadu pro míry a váhy (BIPM). I nadále se bude čas od času měřit stabilita jeho hmotnosti.