Úsvit novej éry

Od mája 2019 už hmotnosť jedného kilogramu viac nevychádza z medzinárodného prototypu kilogramu (IPK) umiestneného v Paríži. Teraz je definovaný pomocou základných fyzikálnych konštánt. Spoločnosť METTLER TOLEDO zohrala v tejto historickej zmene rozhodujúcu úlohu.

Koľko presne váži kilogram? V Medzinárodnej sústave jednotiek (SI) sa nedávno zmenili definície základných jednotiek merania, ktoré sa teraz odvodzujú od základných fyzikálnych konštánt. 

Doteraz slúžil ako referenčná hmotnosť jedného kilogramu prototyp v Paríži známy ako IPK. Hmotnosť tohto kovového valca sa však v priebehu mnohých desaťročí jeho existencie zmenila. Hmotnosť IPK a hmotnosti jeho kópií v rôznych štátoch sveta sa začali nekontrolovateľne odchyľovať. Pre svet metrológie bol tento stav neudržateľný.

Stovky vedcov z celého sveta niekoľko desaťročí pracovali na revízii kilogramu. Od začiatku boli do tohto procesu zapojení aj početní zamestnanci spoločnosti METTLER TOLEDO. „Toto je najväčšia revolúcia, akú metrológia zažila za viac ako 200 rokov,“ hovorí Luis Cachon, vedúci oddelenia legálnej metrológie v spoločnosti MT.

Spoločnosť METTLER TOLEDO významne prispela k dvom riešeniam na podporu novej definície, napríklad vyvinutím M_one, komparátora hmotnosti na maximálne presnú kalibráciu hmotnosti. Národné metrologické ústavy, ako napríklad známy Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) v Nemecku, pomocou komparátora M_one určujú hmotnosť nových guľových referenčných predmetov z ultračistého silikónu. Výhodou monokryštalického silikónu je jeho atómová štruktúra, ktorá je uniformne usporiadaná v celom kryštáli. Po odmeraní objemu a povrchu silikónovej gule dokážu vedci určiť, koľko atómov obsahuje. Kilogram tak možno definovať podľa počtu jeho atómov a nie je už závislý od referenčnej hmotnosti uchovávanej na jednom mieste. Metrologické ústavy po celom svete, ktoré sú vybavené touto technológiou, dokážu tento proces replikovať. „Každý, kto má na to vybavenie, si v podstate môže vyrobiť vlastný kilogram,“ potvrdzuje Javier Levitt z laboratórnej divízie.

Iná definícia kilogramu spočíva v použití wattovej váhy. Vo Švajčiarskom federálnom metrologickom ústave (METAS) v Berne fyzici pomocou Kibblových (wattových) váh porovnávajú mechanický výkon s elektrickým. Tieto váhy vyvažujú hmotnosť váženého objektu pomocou elektromagnetickej sily. Na tento experiment sa takisto používa merací snímač METTLER TOLEDO spolu s komparátorom hmotnosti M_one, ktorý je na prenos hmotnosti kilogramu nepostrádateľný.

Jednotlivé národné metrologické ústavy si môžu vybrať, ktorý z týchto dvoch variantov chcú používať. „Celkovo možno povedať, že odvodzovaním od základných prírodných konštánt sa kilogram ako jednotka stáva stabilnejším,“ hovorí Luis Cachon. „Zvyšovanie presnosti pri určovaní hmotnosti napreduje rovnakou rýchlosťou ako technologický pokrok.“

Pre spotrebiteľa sa nič nemení. Nová definícia nemá žiadny vplyv na každodenný život mimo metrologických inštitútov. Čo sa ale po máji 2020 stane s medzinárodným prototypom kilogramu? Plánuje sa jeho ponechanie na súčasnom mieste – v Medzinárodnom úrade pre miery a váhy (BIPM). Stabilita jeho hmotnosti sa naďalej bude priebežne merať.