Egy új korszak kezdete

2019 májusa óta a kilogramm tömege már nem a Párizsban őrzött nemzetközi kilogramm prototípuson (IPK) alapul. Ehhez most már alapvető fizikai állandókat használnak. A METTLER TOLEDO meghatározó szerepet játszott ebben a történelmi változásban.

Pontosan mennyi egy kilogramm? A Nemzetközi Mértékegységrendszer (SI) nemrég újradefiniálta a mértékegységek alapegységeit, amelyeket már az alapvető fizikai állandókból számítanak ki. 

Ezidáig a kilogramm Párizsban tárolt nemzetközi prototípusa (IPK) szolgált a kilogramm mintadarabjául. Azonban a fém ötvözetű henger tömege az évtizedek alatt megváltozott. Az IPK és nemzeti etalonjainak tömege világszerte ellenőrizhetetlenül eltávolodott egymástól. A méréstudomány világa számára ez az állapot tarthatatlan volt.

A világon tudósok százai dolgoztak évtizedeken keresztül a kilogramm felülvizsgálatán. A METTLER TOLEDO számos alkalmazottja a kezdetektől részt vett ebben. „Ez a méréstudomány utóbbi 200 évének legnagyobb forradalma” – tette hozzá Luis Cachon, a Mérésügy vezetője a METTLER TOLEDO-nál.

A METTLER TOLEDO jelentős mértékben járult hozzá két olyan megoldáshoz, amelyek a kilogramm új definíciójának kidolgozását segítik. A Nemzetközi Mértékegységrendszer (SI) nemrég újradefiniálta a mértékegységek alapegységeit, amelyeket már az alapvető fizikai állandókból számítanak ki. A nemzeti metrológiai intézetek, mint például a neves Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) (Szövetségi Fizikai-Műszaki Intézet) Németországban a M_one rendszert használja az új gömb alakú, nagy tisztaságú szilíciumból készült etalonok tömegének meghatározásához. A mikrokristályos szilícium egyik előnye, hogy az atomszerkezete egyenletes elrendeződést mutat a teljes kristályban. A szilíciumgömb térfogatának és felszínének mérését követően a tudósok meg tudják határozni, hogy a gömb hány atomot tartalmaz. Ennek megfelelően a kilogramm ezután az atomjainak számát használva meghatározható, és így már nem függ a helyi etalon tömegétől. A világ minden olyan metrológiai intézete lemásolhatja ezt a folyamatot, amely rendelkezik ezzel a technológiával. „Bárki, aki rendelkezik ezzel a berendezéssel, többé-kevésbé elő tudja állítani a saját kilogrammját” – tette hozzá Javier Levitt a laboratórium részlegéről.

A kilogramm meghatározásának egy másik módja a wattmérleg használata. A berni Swiss Federal Institute of Metrology (METAS) (Svájci Szövetségi Metrológiai Intézet) fizikusai wattmérleget alkalmaznak a mechanikai és a villamos energia összehasonlítására. A mérleg elektromágneses erőt használ a tömeg felfüggesztéséhez. Ehhez a kísérlethez is egy METTLER TOLEDO mérőcellát alkalmaztak az M_one mellett, amely nélkülözhetetlen a kilogramm átviteléhez.

A különböző nemzeti metrológiai intézetek megválaszthatják, hogy a kettő közül melyik lehetőséget szeretnék használni. „Általánosságban véve, ha mindent egészen a természet alapvető összetevőiig követünk vissza, akkor a kilogramm egysége még stabilabbá válik” – tette hozzá Luis Cachon. „A pontosság fejlődése a tömeg meghatározását illetően ugyanolyan mértékben halad előre, mint a technológiai fejlődés.”

A fogyasztók számára azonban nincs változás. A metrológiai intézeteken kívül a mindennapi életre nincs hatással a kilogramm újradefiniálása. Mi fog azonban történni május 20. után a kilogramm nemzetközi prototípusával? A terv az, hogy ott marad, ahol jelenleg is tárolják, azaz a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatalban (International Bureau of Weights and Measures – BIPM). A tömegének stabilitását időről időre megmérik majd.