تلاش محققان برای بازتعریف کیلوگرم

به گزارش گيزمگ،‌ محققان در تلاشند با كمك گرفتن از معادلات رياضي اين واحد اندازه‌گيري را بازتعريف كنند و با همين هدف، موسسه ملي فناوري و استاندارد محاسبات جديد و دقيقي از يك فرمول كليدي براي بازتعريف كيلوگرم ارائه داده‌اند.

یک کیلوگرم برابر با جرم IPK (نمونهٔ بین‌المللیِ کیلوگرم)، یک میلهٔ استاندارد ساخته‌شده از آلیاژ پلاتینیوم ـ ایریدیوم در داخل مجموعه‌ای حفاظ‌های تودرتو که آن را از آلودگی و استفادهٔ نامناسب حفظ می‌کند و در ادارهٔ بین‌المللی اوزان و مقیاس‌ها در شهرِ سور، در حومهٔ پاریس نگهداری می‌شود.

از سال ۱۸۷۹، کیلوگرم به عنوان جرم دقیق نمونه‌ اولیه بین‌المللی کیلوگرم يا IPK تعریف شده است. اما در زمينه تعريف واحدي پايه از نظر ويژگي‌هاي فيزيكي داراي مشكلاتي است. چون وزن آن به مرور زمان تغییر کرده است. دانشمندان مدتی به دنبال درحال ساخت کُره از جنس کریستال بودند که جِرمش یک کیلوگرم باشد.

موضوعی که مشکل موجود را پیچیده‌تر می‌کند وجود ۴۰ نسخه از IPK در سراسر دنیاست که هر یک از آن‌ها با سرعت‌های مختلف در حال آلوده‌شدن هستند؛ این بدین معناست که جرم آن‌ها به تدریج از حالت عادی خارج می‌شود.

واحدهای دیگر مانند پوند، تن یا میلی‌گرم از لحاظ ارتباط‌شان با کیلوگرم تعریف شده‌اند؛ همچنین واحدهای غیرجرمی مانند آمپر برای محاسبه جریان الکتریکی یا کاندلا برای سنجش شدت نور وجود دارند.

از اين رو ارائه تعریفی جدید و مبتنی بر مباني فیزیکی راه‌حلي بهتر است، تعريفي که همه جا قابل محاسبه باشد، و اين ثابت پلانک است كه امكان ايجاد چنين تعريفي را فراهم مي‌آورد. فرمول جدید ارائه شده توسط دانشمندان موسسه ملي فناوري و استاندارد به آن‌ها امکان یافتن جرمی دقیق و مرتبط با انرژی الکترومغناطیسی را می‌دهد.

فرمول ارائه شده این موسسه برای ثابت پلانک، ۶.۶۲۶۰۶۹۹۳۴ * ۱۰ به توان ۳۴- kg∙m۲/s است که عدم اطمینان آن ۱۳ در میلیارد است که بسیار دقیق است.

محققان براي محاسبه ثابت پلانک، از تعادل کیبل استفاده کردند. ابزاري كه ، وزنه‌ای یک کیلوگرمی را با نیروهای الکترومغناطیسی معلق می‌کند. دانشمندان با استفاده از تعادل كيبل توانستند این ثابت را بر طبق میزان انرژی الکترومغناطیسی که برای متعادل کردن وزنه مورد نياز است، محاسبه کنند.

این آزمایش‌ها هم‌راستا با چندین پروژه دیگر در تلاشند تا دقیق‌ترین مقدار ثابت پلانک را به دست آورند تا در نهايت دانشمندان بتوانند براساس اين اطلاعات واحد کیلوگرم را بازتعريف كنند. تمامی این اطلاعات در نهايت جهت بازبینی به یک نهاد بین‌المللی ارائه می‌شوند و این نهاد، مقدار رسمی ثابت پلانک را تعیین خواهد کرد.

تعریف رسمی کیلوگرم به همراه واحدهای دیگر وابسته به آن قرار است نوامبر سال آینده میلادی تغییر کند.