Redefined Kilogram. Kumpleto ang Overhaul System Overhaul


Sa umaga ng Biyernes, Nobyembre 16, ang mga siyentipiko at mga diplomatiko ay nag-crammed sa isang auditoryum sa Versailles, isang throw ng bato mula sa ginintuang chateau ng Sun King. Si Patrick Abbott, isang Amerikanong pisiko, ay sumakay sa France para sa matagal na katapusan ng linggo. Ang gulong at asul na suit jacket na nakabalot sa kanyang lap, nakita ni Abbott mula sa isang naka-pack na balkonahe bilang isang pangkat ng mga diplomat mula sa 60 iba't ibang bansa na bumoto nang walang pagkakaisa sa isang kasunduan na nilayon upang baguhin ang pandaigdigang kalakalan at teknolohiya magpakailanman.

Ang boto ay muling tinukoy ang sistema ng panukat sa unang pagkakataon mula noong 1983. Ang bagong sistema ay ganap na nagtaas sa mga makasaysayang pamamaraan para sa pagtatakda ng mga pamantayan gamit ang pisikal na mga bagay. Ang mga naunang sistema ay gumamit ng mga bagay na tulad ng mga notik sa isang metal rod upang magtakda ng standard na distansya. Hanggang sa ang boto, ang kilo ay batay sa isang platinum-iridium na silindro na naka-imbak sa ilalim ng lock at key sa France.

Ang mga siyentipiko ngayon ay nag-scrap ng lahat ng mga pisikal na bagay mula sa system. Ang mga yunit ay sa halip ay batay sa pangunahing mga constants ng kalikasan. Halimbawa, ang metro ay tinukoy sa mga tuntunin ng bilis ng liwanag. Nangangahulugan ito na hangga't maaari mong sukatin ang bilis ng liwanag, maaari kang lumikha ng isang metro stick; hindi mo kailangan ng access sa isang espesyal na bagay. Gamit ang prinsipyong ito, ang mga astronaut sa Mars ay maaaring mag-teorya ng isang tumpak na panukalang tape mula sa simula.

Ang mga pamantayang ito ay nag-aalok ng higit na katatagan dahil ang mga batayang constants ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon. Sa 1960s, halimbawa, ang isang mas tumpak na pamantayan para sa oras na ginawang posibleng teknolohiya ng GPS, na kailangan upang mapanatili ang oras sa isang isang-bilyong sa isang segundo bawat araw. Na may mas tumpak na mga pamantayan para sa kilo, taling, Kelvin, at Ampere, hinuhulaan ng mga siyentipiko ang higit pang mga pagsulong ng teknolohiya. "Ito [is] ang pinakamalaking rebolusyon sa pagsukat mula noong rebolusyong Pranses, "sabi ni Bill Phillips, isang physics na Nobel Laureate, mula sa entablado sa ibaba.

Marahil ang pinakamalaking pagbabago ay sa kahulugan ng kilo, na ang huling natitirang yunit ay batay sa isang pisikal na artipisyal: ang International Prototype Kilogram, na kilala rin bilang Le Grand K, naka-lock sa isang vault sa isang suburb sa Paris. Habang sinusubaybayan at pinag-aralan ng mga siyentipiko ang Le Grand K, wala na itong dating pang-agham na kahalagahan nito. Ngayon, ito ay isang silindro na may maraming kasaysayan. Simula sa Mayo, ang kilo ay tinutukoy sa mga tuntunin ng pare-pareho ni Planck, isang numero na may kaugnayan sa isang enerhiya ng radio wave sa dalas nito.

J.L. Lee / NIST

Ang sistema ay angkop para sa pag-upgrade, sabi ni Abbott. Ang Pranses silindro ay may kaugaliang makakuha ng timbang sa paglipas ng panahon. Ngunit pa rin, mayroon siyang malambot na lugar para dito. "Mayroong maraming mga tao na sumangguni sa International prototype Kilogram irreverently bilang isang malaking piraso ng metal. Sasabihin nila kung paanong masama ito para sa amin na gamitin ito sa ika-21 siglo, "sabi ni Abbott. "Ngunit ang katunayan ay nananatiling na ito ay ginawa ng isang kahanga-hangang trabaho para sa higit sa isang siglo. Oo, nagbago ito mula sa orihinal na halaga nito. Ngunit may problema ba ito? Hindi. Nagtatanggol ako tungkol dito. "

At kaya dapat niya. Pinapayagan niya ang isang maliit na sentimyento: Si Abbott, na nagtatrabaho sa National Institute of Standards and Technology, ay isa sa tatlong itinalagang tagapag-ingat ng pamantayan ng US kilogram. Ang lab ay nagpapanatili ng pamantayan gamit ang isang koleksyon ng mga cylinders ng platinum-iridium na nakaimbak sa isang underground lab sa Maryland, ang lahat ng mga replika ng IPK. Ang lahat ng mga antas na ginawa sa US ay dapat na naka-calibrate gamit ang ilang mga paraan na bakas pabalik sa mga weights. Ang iyong banyo na sukat ay naka-calibrate sa pamamagitan ng isang timbang na ang masa ay nakumpirma sa pamamagitan ng isa pang timbang, at iba pa, kung saan ang huling timbang sa pagkakalibrate kadena ay perching sa isang kampanilya garapon sa Abbott's lab.

Isang buwan ang nakalipas sa kanyang lab sa Maryland, ipinakita sa akin ni Abbott ang mga timbang. Pinanghahawakan niya ang mga timbang ng matamis, halos tulad ng isang may-ari na namamalagi sa kanyang mga alagang hayop. Sa unang pagkakataon na kinuha niya ang isa sa mga replika ng kilo, upang ilagay ito sa loob ng isang makina, ay 12 taon na ang nakararaan. Ang tamang protocol ay kinabibilangan ng pagnanakaw sa kanila ng isang pares ng mga sipit na sakop sa soft chamois leather at pinahiran sa lint paper. "Natakot ako," sabi niya. "Tulad ng sinabi ng isang tao, 'Bakit hindi mo dadalhin ang aking Ferrari para sa pagsakay?'" Ang laboratoryo ng IPK sa France ay nagbebenta ng mga cylinder ng kilo sa paligid ng $ 85,000 bawat isa, depende sa presyo ng platinum. Ang platinum iridium ay isang napakahirap na materyal at mahirap na makalmot, ngunit "ginagawa mo itong paranoyd," sabi niya.

Kinakailangang subaybayan din ni Abbott ang mga timbang, upang masuri na ang kanilang mga masa ay mananatiling pareho sa paglipas ng panahon. Sa lab, napaunlad niya ang isang labis na pansin sa kalinisan at madalas na nagpapaalala sa kanyang mga kasamahan na baguhin ang kanilang mga guwantes. "Kung ang iyong mga guwantes ay marumi, at kukuha ka ng isang tool, anuman ang nasa guwantes ay pupunta sa tool. At nangangahulugan ito na makakakuha ito sa masa at baguhin ang timbang nito, "sabi niya. "Dapat mong tandaan kung saan ang iyong mga kamay ay naging, at kung ano ang kanilang hinipo." Ang kanyang pagbabantay ay pinananatiling ligtas ang mga cylinder mula sa mga mishap. "Isang beses ko bumaba ang isa sa mga masa sa halip mahirap [inside a machine], at nahulog ito, "sabi ni Abbott. "Nababahala ako tungkol dito, ngunit hindi ito nasaktan."

Alam niya ang mga timbang na sapat upang magkaroon ng mga paborito: K4 at K79, na ang mga numero ay nagpapahiwatig ng pagkakasunud-sunod kung saan sila ay ginawa. "Sapat na lang sila sa paglipas ng mga taon, kaya gustung-gusto ko sila," sabi niya. "Kapag sukatin mo ang kanilang masa, hindi talaga sila nagbabago."

Ang K4, kasama ang isa pang silindro na may pangalang K20, ay ang pinaka-makasaysayang item sa koleksyon: parehong 130-taon gulang na platinum iridium cylinders na replicas ng Le Grand K. "Ang mga ito ay kapatid na lalaki, gupitin mula sa parehong bar ng platinum iridium , "Sabi ni Abbott. Paminsan-minsan, siya o ang isa sa kanyang mga kasamahan ay kailangang mag-dalhin-dalhin ito sa France, upang suriin kung ang kanilang masa ay nagbago laban sa isang tunay na kilo. Doon, muling pagsasama-sama nila ang mga cylinder, isa sa bawat biyahe, kasama ang kapatid nito sa bahay na French na lab, na naghahambing sa kanilang mga timbang.

Si Abbott ay gumawa ng isang paglalakbay sa isang beses, sa 2011. "Ito ay isang tunay na balabal-at-dambuhala kapakanan," sabi niya. Ginagamot niya ang kilo tulad ng isang mahalagang carry-on. Gamit ang mga sipit, inilagay niya ito sa isang pasadyang lalagyan na lalagyan, isang maliit na sakop na plataporma na may mga tornilyo na hindi naitutulak kapag binugbog mo sila. Pagkatapos ay binalot niya ito sa papel na bula at natigil ito sa loob ng isang bag ng kamera. Upang mapanatiling malabo ang mga kaugalian at mga opisyal ng TSA na mga kamay mula sa pagbubukas ng lalagyan, isinulat sa kanya ng direktor ng NIST ang isang opisyal na liham na naglalarawan sa misyon na samahan ang kilo.

Sa eroplano, iningatan ng Abbott ang kilo sa tabi niya sa upuan para sa buong biyahe. Dinala niya ito sa banyo kasama niya. "Ayaw kong maging kilala sa pagkawala ng kilo," sabi ni Abbott.

Sa wakas, ito ay isang pulong sa Versailles na nagtapos sa mga paglalakbay ng mga cylinder.

Ang pang-araw-araw na gawain ni Abbott ay hindi magbabago ng masyadong maraming kapag ang kilo ay makakakuha ng bagong kahulugan nito sa Mayo. Siya ay patuloy na susubaybayan ang kanyang mga timbang-sila pa rin ay isang praktikal na paraan ng pag-calibrate ng iba pang mga timbang. Ang pangunahing pagkakaiba ay hindi na nila kailangang maglakbay pabalik sa France. Ang silindro ay hindi kailangang pumunta sa anumang mga banyo trip. Sa halip, susuriin ni Abbott at ng kanyang mga kasamahan ang masa ng mga cylinder gamit ang isang bagong makina na tinatawag na Kibble balance.

Kapag naglalagay ka ng timbang sa Kibble balance, ang makina ay gumagawa ng isang kasalukuyang kasalukuyang proporsyonal sa pare-pareho ng Planck. Sa patuloy na set ng Planck, ang kilo ay tumutugma sa isang tiyak na halaga ng kasalukuyang sa Kibble balance. Ang pangako sa disenyo na ito ay kahit na ang balanse ay masira, maaari lamang nila itong ayusin-isang bagay na hindi mo magagawa kung ikaw ay may isang platinum-iridium na silindro.

Ang mga tagapag-ingat ng balanse ng Kibble ay ngayon ang mga bagong tagapag-alaga ng pamantayan ng masa. At sila ay tulad ng obsessive bilang Abbott. Na-baluktot nila ang iba't ibang bahagi ng makina sa Internet. Kapag ang makina ay kumukuha ng data, si Darine El Haddad, isang physicist sa NIST, ay regular na mag-log mula sa bahay upang makita kung paano ito ginagawa.

Marami sa mga kasamahan sa Kibble na balanse ng Haddad ang nakuha pa rin ng mga tattoo ng palagi ng Planck sa kanilang mga sandata. Si Haddad, sa kabilang banda, ay nagpakita sa Versailles na may lamang isang linggo-gulang na graphic ng henna sa kanyang bisig, sa lalong madaling panahon upang mawala. "Masyado akong nakatuon sa pare-pareho ng Planck," tiniyak ni Haddad. "Hindi pa ako nakatuon sa isang tattoo."


Higit pang mga Great WIRED Stories