Em um cofre seguro nos subúrbios de Paris, um cilindro de tamanho de um ovo de metais senta-se em uma sala climatizada com menos de três campânulas de vidro. É a massa contra a qual todas as outras massas no mundo são medidos - por definição do quilograma por excelência.
No entanto, o chamado "Le Grand K" em breve poderá ser deposto do trono de fixação de normas que tem mantido nos últimos 127 anos. Esforços estão em andamento na comunidade científica para definir a massa usando uma constante fundamental da natureza em vez - um valor que, em teoria, pode ser medido em qualquer lugar do universo e não vai mudar com o smude de uma impressão digital ou a fixação de um grão de poeira.
"O problema com o quilograma em Paris é que é tão precioso que as pessoas não querem usá-lo", disse Stephan Schlamminger, um físico do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) em Gaithersburg, Maryland.
Schlamminger lidera uma equipe no NIST, que já atingiu um marco importante no caminho para a substituição do quilograma padrão. Os cientistas deram o primeiro conjunto completo de medições em uma nova máquina, chamada de NIST-4, projetado para medir uma grandeza física fundamentais chamou a constante de Planck, ou h. A constante de Planck diz respeito frequência de uma partícula quântica para sua energia, que é por sua vez pode pode ser relacionada à massa através de Einstein E = mc2.
NIST-4 é um equilíbrio watt , uma escala de alta tecnologia, que compara o peso de uma massa à força electromagnética necessária para equilibrar. A força electromagnética - que é criado através da execução corrente através de uma bobina de fio em suspensão num campo magnético - pode então ser utilizada para calcular a constante de Planck.
Antes que o mundo redefine o quilograma - um evento programado atualmente para 2018 - várias medições independentes de constante de Planck devem concordar uns com os outros. Medição constante de Planck primeiro do NIST-4 provavelmente atende a essa norma, disse Schlamminger. O valor, que os relatórios da equipe em um artigo na revista revisão de instrumentos científicos , combina com outras experiências relativamente bem, e tem uma incerteza de apenas 34 partes por bilhão.
A equipe tem como objetivo obter a incerteza até 20 partes por bilhão no ano que vem, um objetivo que eles pensam que podem chegar de forma mais precisa medir como a corrente na bobina afeta o campo magnético na posição da bobina e reduzindo o ruído de medição.
A melhor medida equilíbrio watt da constante de Planck até agora vem Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá, com uma incerta de 19 partes por bilhão, disse Schlamminger. A colaboração de cientistas também está trabalhando em um método alternativo para medir h, que envolve a contar os átomos em uma esfera quase perfeita de silício. O grupo chegou a um valor próximo aos números de balanço de watts, e com uma incerta de 20 partes por bilhão.
Todos os grupos terão até julho de 2017 para publicar novas medições da constante de Planck, a fim de ser tida em conta para a redefinição do quilograma. Os resultados serão alimentados em um programa de computador que irá calcular um valor de h que melhor se adapta todos os dados.
Com a redefinição, h será "fixo para todos os tempos," Schlamminger disse, e o papel do equilíbrio watt será invertido. Em vez de usar massas padrão para medir a constante de Planck, o saldo watt usará o valor padrão de h para medir a massa.
Toda a redefinição deve continuar com pouco impacto sobre o mundo exterior. "É a parte frustrante sobre ser um metrologist", disse Schlamminger. "Se você fizer o seu trabalho direito, ninguém deve notar."
Ainda assim, a empresa é um feito científico impressionante que fará com que o quilograma mais estável e acessível a longo prazo. O fato de que NIST-4 está tomando medidas a tempo para a redefinição quilograma é um testamento ao trabalho duro e talento de sua equipe, disse Schlamminger. A máquina, que é um sucessor para o equilíbrio watt NIST-3, durou apenas quatro anos para construir a partir do zero, um tipo de projeto que normalmente levaria pelo menos 10 anos, Schlamminger observou.
E embora NIST-4 irá eventualmente substituir pedaços de metal como o padrão norte-americano para medir a massa, Schlamminger é certo "Le Grand K" vai manter a sua aura mítica. "É um tal símbolo e tem uma rica história tão grande de medição. Eu não acho que as pessoas vão simplesmente jogá-lo no lixo", disse ele.
Explorar mais: Redefinindo o quilograma
Mais informações: "Um instrumento preciso para determinar a constante de Planck, eo futuro quilograma," por Darine Haddad, Frank Seifert, Leon Chao, Shisong Li, David Newell, Jon R. Pratt, Carl J. Williams e Stephan Schlamminger, revisão de Instrumentos científicos em 21 de junho de 2016. DOI: 10,1063 / 1.4953825
Jornal de referência: revisão de instrumentos científicos
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