Doskonale okrągła krzemowa kula będzie nowym wzorcem kilograma?

Trzymany od 1889 roku w sejfie w Sèvres pod Paryżem wzorzec kilograma nie jest wzorcem doskonałym. Od ponad stu lat platynowo-irydowy walec stracił na wadze ok. 50 mikrogramów, w porównaniu do średniej wagi jego 40 kopii przechowywanych tu i ówdzie na świecie. W pogoni za nowym wzorcem powstała idealnie okrągła krzemowa kula.

W 2011 roku Międzynarodowy Komitet Miar i Wag ma rozprawić się z tym problemem i ogłosić nowy wzorzec kilograma. Jedną z propozycji jest zdefiniowanie kilograma jako konkretnej liczby atomów krzemu, który jest bardzo odporny na czynniki zewnętrzne, stabilny a jednocześnie łatwy w obróbce.

Niezwykle czysta partia izotopu krzemu-28 została pozyskana w Rosji (dzięki wirówkom używanym ongiś do produkcji uranu dla przemysłu zbrojeniowego), a następnie w Niemczech wyhodowano z niej gigantyczne krzemowe kryształy, które w końcu trafiły w ręce emerytowanego optyka w Australii.

Dosłownie w ręce, gdyż trwające kilka miesięcy szlifowanie idealnie okrągłych kul wykonywane było praktycznie w całości ręcznie! Oczywiście pomiary wykonywane były niezwykle dokładnymi przyrządami, ale podobno tylko jeden mistrz, Achim Leistner był w stanie wykonać tak precyzyjną robotę. Cały proces produkcji w skrócie zobaczycie na filmie.

W efekcie powstały dwie identyczne, idealnie okrągłe kule o średnicy 93,75 mm, dokładnie odpowiadające wadze wzorca kilograma przechowywanego w Australii. Jednostkowe nierówności powierzchni kul wynoszą jedynie ok. 0,3 nanometra, a  odchylenia jej krzywizny nie więcej niż 60-70 nm. Gdyby kule miały wielkość Ziemi, nierówności wynosiłyby ok. 12-15 milimetrów, a odchylenia okrągłości od 3 do 5 m.

Kule (trochę inne) bywają wykorzystywane np. do stabilizacji wysokich wieżowców. Te, warte miliony dolarów, krzemowe kule są najbardziej kulistymi obiektami na świecie, lecz nie wiadomo czy są wystarczająco okrągłe, by stać się wzorcem kilograma.

[Źródło i fot.: NewScientist]