Újradefiniálnák az Avogadro-állandót

A kilogramm pontosabb definíciójához első lépésként precízebb Avogadro-számra van szükség. Az Avogadro állandót a 19. századi olasz fizikusról, Amedeo Avogadroról nevezték el. Az Avogadro-féle szám az egy mólban található részecskeszámot mutatja. Egy mól bármely anyagból az a mennyiség, ami ugyanannyi elemi részecskét tartalmaz, mint ahány atom található 12 gramm 12-es szén izotópban – ez a szám pedig megközelítőleg 6.022 x 10²³ darab részecskét jelent. A gond, hogy csupán megközelítőleg – írja a Nature tudományos hetilap online kiadása.

Közvetve a a kilogrammnak keresnek definíciót

Ha a meghatározás egzaktabb lenne, akkor a kilogrammot, a tömeg mértékegységét szintén meg lehetne atomszámmal határozni. A tömeg mértékegységét jelenleg egy platina-irídium referenciahenger definiálja, amelyet még 1889-ben Angliában öntöttek, és eddig nem ismert okból fokozatosan veszít tömegéből, ami arra ösztökéli a tudósokat, hogy minél előbb stabilabb új definíciót alkossanak a kilogrammnak. Bár a csökkenés egyelőre csupán 50 mikrogramm, – kevesebb, mint egy sószemcse tömege -, a pontos méréshez görcsösen ragaszkodó tudósokat meglehetősen bosszantja.

A kilogramm nemzetközi etalonját egyébként egy Párizs külvárosában található kastély széfjében őriznek gondosan. A Súlyok és Mértékek Nemzetközi Bizottsága évente egyszer látogat el a kastélyba, a henger tömegcsökkenésére is a rendszeres éves mérés során derült fény.

Mára szinte minden mértékegység meghatározását lecserélték

A kilogramm az egyetlen a hét alapmérték közül, amely egyelőre őrzi eredeti, XIX. századi definícióját, a többi alapmértéket már módosítottak atomi tulajdonságokra építve. A métert például eredetileg a Párizson áthaladó negyed délkör tízmilliomodrészeként definiálták, a jelenleg érvényes meghatározása viszont a következő: a méter annak az útnak a hosszúsága, amelyet a fény vákuumban 1/299 792 458 másodperc alatt tesz meg.

A másodpercet eredetileg a szoláris nap (a két delelés között eltelt idő) 1/86400 részeként definiálták, a jelenleg érvényben lévő értelmezés viszont így szól: a másodperc az alapállapotú cézium-133 atom két hiperfinom energiaszintje közötti átmenetnek megfelelő sugárzás 9 192 631 770 periódusának időtartama. Mindkét definíció pontos mérést tesz lehetővé, és ami ugyancsak fontos, bárhol a világon ugyanazt a eredmény adja.

Egyelőre „pontatlanok” az új becslések az Avogadro-számra

Hogy fix számú atomot kapjanak az Avogadro-számra Peter Becker és munkatársai a német Fizika-Technikai Szövetségi Hivatalnál el kezdtek nagyobb tömegekben atomokat számolni. Röntgenkrisztallográfiai méréseiket egy 1, 66 méter magasságú, 10 centiméter átmérőjű, pontosan egy kilogramm tömegű szilícium hengeren végezték, amelyben kikalkulálták az atomok térbeli pontos elhelyezkedését, és ezáltal jó közelítést kaptak a hengerben lévő atomszámra nézve is.

A megközelítés annyira pontos, mint az Avogadro-szám eddigi legprecízebb becslése: a hibahatár egy a tízmillióhoz – így egyelőre a párizsi kilogrammot nem váltja le az eljárás. Ahhoz, hogy a kilogramm eddigi etalonját „nyugdíjazzák”, a hibahatár nem lehet nagyobb 1:100 millióhoz.

A német kutatócsoporton kívül egy angol és egy amerikai is dolgozik a Súlyok és Mértékek Nemzetközi Bizottságának felkérésére az Avogadro-szám pontos meghatározásán. Röntgenkrisztallografikus megoldások helyett ők egy Watt-egyensúlynak nevezett módszerrel próbálkoznak. A bizottság legközelebb jövő évben ül össze, az eredményeket akkor kell prezentálni.