Фізики запропонували як "врятувати" еталонний кілограм |
Monday, 19 September 2011 |
Фізики давно говорять, що еталон кілограма потрібно рятувати. Виготовлений із платини та іридію циліндр, що зберігається у Парижі у Міжнародному бюро мір та ваг, за останні 60 років схуд на якісь долі мікрограма (що було виявлено порівнянням еталону з безліччю його більш пізніх копій). З побутової точки зору це майже невагома втрата, але для науки така втрата цілком не прийнятна: на еталон опирається занадто багато найтонших експериментів, що намагаються розкрити основи світобудови. Якщо кілограм «попливе», зруйнується і безліч вимірювань фундаментальних констант. Тому вчені давно намагаються замінити кілограм якимсь універсальним визначенням не залежним від матеріальних зразків. Як це було зроблено з метром, прив'язаним до швидкості світла у вакуумі та секунді (яку, у свою чергу, визначили через параметри випромінювання атома цезію-133). Один із запропонованих підходів — виведення еталонного кілограма за допомогою інструменту ват-баланс (watt balance). Цей прилад порівнює вагу об'єкта з електромагнітними силами (через прецизійне вимірювання струму та напруги). Однак такий еталон буде працювати, тільки якщо квантовані значення опору Холла ніяк не залежать від випробовуваних матеріалів, а визначаються лише співвідношенням постійної Планка та квадрата заряду електрона (h/e2). Нагадаємо, звичайний ефект Холла полягає у виникненні напруги на протилежних сторонах листа провідника, по якому йде струм і перпендикулярно якому прикладене магнітне поле. Квантовий ефект Холла виникає при низьких температурах у настільки тонких листах, що у них електрони починають переміщатися в одній площині (виникає двовимірний електронний газ). Усі попередні досліди говорили про те, що квантований опір Холла дійсно не залежить від вибору матеріалу. Але залишався сумнів: можливо, у руки вчених потрапляли недостатньо різнорідні речовини? Тепер група експериментаторів із британської Національної фізичної лабораторії (NPL) за підтримки колег зі Швеції та Франції виконала перше пряме порівняння опору Холла в графені і напівпровіднику арсеніді галію. Вчені не вимірювали параметри цих матеріалів по черзі, а побудували установку таким чином, що при найменшій різниці в опорах двох зразків на тестових контактах виникав би струм. Але його виявити не вдалося. Квантований опір двох матеріалів виявилися рівним з невизначеністю 8,6 × 10–11. (Деталі експерименту можна дізнатись із прес-релізу лабораторії та статті у New Journal of Physics.) Важливо, що для ефекту Холла арсенід галію та графен є принципово різними матеріалами. У першому електрони провідності поводяться як частки з масою, а у другому вподібнюються безмасовим фотонам. Усе це означає, що в межах сьогоднішніх можливостей експерименту ми цілком можемо покластися у визначенні кілограма на ват-баланс, графен і електричні світові константи. (Заодно через одиниці h та e повинне бути переглянуте і визначення одиниці сили струму – ампера, нагадують вчені.) Різні альтернативні способи визначення еталонного кілограма будуть обговорюватися на незабаром у Парижі на 24-ій Генеральній конференції по мірам і вагам (CGPM).
За матеріалами: membrana.ru Наступні новини у розділі:
Попередні новини у розділі:
|