Сверхточное измерение числа Авогадро

Число Авогадро фигурирует в одноименном законе Авогадро. Про него у нас тоже есть статья на нашем Дзене. Новое высокоточное измерение числа Авогадро, фундаментальной физической константы, может обеспечить твёрдое основание нового определения килограмма, не зависимого от единственного куска металла во Франции.

Любой студент младших курсов, знает число Авогадро — 6,022 * 10^23 — огромную величину, превосходящую количество звёзд во вселенной.

Поскольку число Авогадро показывает, сколько атомов или молекул содержится в 1 моле материи, то вес каждого моля зависит от рассматриваемого вещества. Так, 1 моль воды будет весить только 16 грамм в то время, как моль свинца – около 207,2 грамм.

Учёные пытались точно измерить число Авогадро в прошлом, каждый раз используя в качестве объекта измерений одиночный кремниевый шар весом в 1 кг. Поскольку любой повторяющийся элемент кристаллической решётки кремния состоит из 8 атомов, исследователи могут рассчитать число Авогадро, измерив объём этой кубической ячейки.

Зная соотношение между объёмом кристалла и объёмом, который занимает каждый атом кремния, они могут выяснить, сколько атомов находится в пределах маленькой сферы.

В век нано технологий, в новом исследовании учёные определили число Авогадро с точностью ±20 атомов на миллиард, улучшив результат 2011 года, когда точность составила ±30 атомов на миллиард.

Сопоставив два значения и рассчитав среднее, исследователи получили ещё более точное значение числа Авогадро — 6,02214082( И) * 10^23, где (11) — точность, с которой удалось измерить постоянную в этот раз.

Подход к определению килограмма

Полученное значение, в свою очередь, вероятно, поможет учёным определить килограмм. В настоящее время они исходят из физического эталона — шара из платины и иридия, находящегося в Международном бюро весов и мер во Франции. Однако этот маленький кусочек материала может претерпевать незначительные изменения массы из-за химических реакций на его поверхности.

Вместо этого исследователи хотят определить килограмм через фундаментальную природную константу. В 2018 году физики планируют определить килограмм через константу Планка, отражающую фундаментальное воздействие частиц на квантовом уровне.

Тем не менее, учёные не могут торопиться с новым определением.

«Переопределяя килограмм, нам необходимо в первую очередь показать, что новая реализация не отличается от существующей сейчас при измерении с точностью лучших мировых весов, — объяснили исследователи, —
В противном случае смена текущего определения на новое повлечёт изменения в значениях масс всех существующих артефактов в науке, промышленности и торговле».

Чтобы убедиться в том, что новый стандарт органично соответствует старому, учёным нужно проверить безоговорочную точность константы Планка. Из числа Авогадро, в свою очередь, можно вывести константу Планка, тем самым проконтролировав её новое значение.

Поделиться: