stringtranslate.com

Международный прототип килограмма

Международный прототип килограмма, хранящийся в хранилище в Париже, в 2019 году был заменен формулой, использующей постоянную Планка , поскольку масса IPK нестабильна с течением времени.

Международный прототип килограмма ( метрологи называют его IPK или Le Grand K ; иногда его называют ur-килограммом [ 1] [2] или urkilogram [3], особенно немецкоязычные авторы, пишущие на английском языке [3] [4] :30 [5] : 64  ) — это объект, масса которого использовалась для определения килограмма с 1889 года, когда он заменил Kilogramme des Archives [6] до 2019 года, когда он был заменен новым определением килограмма, полностью основанным на физических константах [7] . В течение этого времени IPK и его дубликаты использовались для калибровки всех других эталонов массы килограмма на Земле.

IPK — это предмет размером примерно с мяч для гольфа, изготовленный из сплава платины и иридия, известного как «Pt-10Ir», который на 90% состоит из платины и на 10% из иридия (по массе) и обработан в виде правильного круглого цилиндра высотой, равной его диаметру около 39 миллиметров , чтобы уменьшить площадь его поверхности. [8] Добавление 10% иридия улучшило полностью платиновый Kilogramme des Archives , значительно увеличив твердость , при этом сохранив многочисленные достоинства платины: чрезвычайную устойчивость к окислению , чрезвычайно высокую плотность (почти вдвое плотнее свинца и более чем в 21 раз плотнее воды ), удовлетворительную электро- и теплопроводность и низкую магнитную восприимчивость .  

К 2018 году ИПК лег в основу определений четырех из семи основных единиц СИ : самого килограмма, а также моля , ампера и канделы (определения которых в то время ссылались на грамм , ньютон и ватт соответственно) [9] [10] [11], а также определений всех названных производных единиц СИ, за исключением герца , беккереля , градуса Цельсия , грея , зиверта , фарада , ома , сименса , генри , радиана и стерадиана .

IPK и шесть его родственных копий хранятся в Международном бюро мер и весов (известном по его французским аббревиатурам BIPM) в сейфе с контролируемой средой в нижнем хранилище, расположенном в подвале павильона Бретей BIPM в Сен-Клу [Примечание 1] на окраине Парижа (см. Внешние изображения ниже, для фотографий). Для открытия хранилища требуются три независимо управляемых ключа. Официальные копии IPK были предоставлены другим странам для использования в качестве их национальных эталонов. Они сравнивались с IPK примерно каждые 40 лет, тем самым обеспечивая прослеживаемость местных измерений до IPK. [12]

Создание

Метрическая конвенция была подписана 20 мая 1875 года и далее формализовала метрическую систему (предшественника СИ ) , что быстро привело к производству IPK. IPK — один из трех цилиндров, изготовленных в Лондоне в 1879 году компанией Johnson Matthey , которая продолжала производить почти все национальные прототипы по мере необходимости, пока новое определение килограмма не вступило в силу в 2019 году. [13] [14] В 1883 году было обнаружено, что масса IPK неотличима от массы Kilogramme des Archives, созданной восемьдесят четыре года назад, и была официально ратифицирована в качестве килограмма 1-й ГКМВ в 1889 году. [8]

Копии ИПК

Национальный прототип килограмма K20, один из двух прототипов, хранящихся в Национальном институте стандартов и технологий США в Гейтерсберге, штат Мэриленд , которые служат первичными стандартами для определения всех единиц массы и веса в Соединенных Штатах. Это реплика для публичного показа, показанная в том виде, в котором она обычно хранится, под двумя колпаками.

В литературе ИПК и его различные копии обозначаются следующим образом:

Стабильность ИПК

До 2019 года по определению погрешность измеренного значения массы IPK была ровно равна нулю; масса IPK составляла килограмм. Однако любые изменения массы IPK с течением времени можно было вывести, сравнив его массу с массой его официальных копий, хранящихся по всему миру, что редко проводится в процессе, называемом «периодической проверкой». Всего три проверки проводились в 1889, 1948 и 1989 годах. Например, США владеют пятью эталонами килограмма из 90% платины / 10%  иридия (Pt-10Ir), два из которых, K4 и K20, относятся к оригинальной партии из 40 копий, распространенных в 1884 году. [Примечание 4] Прототип K20 был назначен основным национальным эталоном массы для США. Оба они, а также эталоны из других стран, периодически возвращаются в BIPM для проверки. При транспортировке прототипов соблюдается особая осторожность. В 1984 году прототипы К4 и К20 перевозились вручную в пассажирском салоне отдельных коммерческих рейсов.

Ни одна из реплик не имеет массы, точно равной массе IPK; их массы калибруются и документируются как значения смещения. Например, K20, первичный стандарт США, изначально имел официальную массу 1 кг − 39 мкг (микрограммов) в 1889 году; то есть K20 был на 39  мкг меньше IPK. Проверка, проведенная в 1948 году, показала массу 1 кг − 19 мкг . Последняя проверка, проведенная в 1989 году, показала массу, точно идентичную его первоначальному значению 1889 года. В отличие от таких временных изменений, как это, контрольный стандарт США K4 постоянно снижал массу относительно IPK — и по определенной причине: контрольные стандарты используются гораздо чаще, чем первичные стандарты, и подвержены царапинам и другому износу. K4 изначально был поставлен с официальной массой 1 кг − 75 мкг в 1889 году, но с 1989 года был официально откалиброван на 1 кг − 106 мкг , а десять лет спустя был 1 кг − 116 мкг. За период в 110 лет K4 потерял41 мкг относительно ИПК. [26]

Дрейф массы с течением времени национальных прототипов K21–K40 , а также двух родственных копий IPK: K32 и K8(41). [Примечание 2] Все изменения массы относятся к IPK. Первоначальные смещения начальных значений 1889 года относительно IPK были обнулены. [17] Все вышеперечисленное является относительными измерениями; нет исторических данных по измерению массы, чтобы определить, какой из прототипов был наиболее стабильным относительно инварианта природы. Существует явная вероятность того, что все прототипы набрали массу за 100 лет и что K21, K35, K40 и IPK просто набрали меньше , чем другие.

Помимо простого износа, которому могут подвергаться контрольные стандарты, масса даже тщательно хранящихся национальных прототипов может дрейфовать относительно IPK по разным причинам, некоторые из которых известны, а некоторые неизвестны. Поскольку IPK и его копии хранятся на воздухе (хотя и под двумя или более вложенными стеклянными колпаками ), они набирают массу за счет адсорбции атмосферных загрязнений на своих поверхностях. Соответственно, их очищают в процессе, разработанном BIPM между 1939 и 1946 годами и известном как «метод очистки BIPM» [27] , который включает в себя прочное натирание замшей, смоченной в равных частях эфира и этанола , с последующей очисткой паром с бидистиллированной водой и предоставлением прототипам возможности отстояться в течение 7–10 дней перед проверкой. До того, как BIPM опубликовало отчет в 1994 году, в котором подробно описывалось относительное изменение массы прототипов, различные органы по стандартизации использовали разные методы для очистки своих прототипов. До этого NIST использовал практику замачивания и промывания двух своих прототипов сначала в бензоле , затем в этаноле, а затем очистки их струей бидистиллированного водяного пара. Очистка прототипов удаляет от 5 до 60  мкг загрязнений в зависимости от времени, прошедшего с момента последней очистки. Кроме того, вторая очистка может удалить до 10  мкг больше. После очистки — даже когда они хранятся под своими колпаками — IPK и его копии немедленно начинают снова набирать массу. BIPM даже разработал модель этого прироста и пришел к выводу, что в среднем он составлял 1,11  мкг в месяц в течение первых 3 месяцев после очистки, а затем снизился до среднего значения около 1  мкг в год. Поскольку контрольные стандарты, такие как K4, не очищаются для обычных калибровок других стандартов массы — мера предосторожности, чтобы минимизировать потенциальный износ и повреждение при обращении — модель BIPM зависящего от времени прироста массы использовалась в качестве поправочного коэффициента «после очистки».

Поскольку первые сорок официальных копий сделаны из того же сплава, что и ИПК, и хранятся в аналогичных условиях, периодическая проверка с использованием ряда реплик, особенно национальных первичных стандартов, которые используются редко, может убедительно продемонстрировать стабильность ИПК. Что стало ясно после третьей периодической проверки, проведенной между 1988 и 1992 годами, так это то, что массы всего мирового ансамбля прототипов медленно, но неумолимо расходились друг с другом. Также ясно, что ИПК, возможно, потерял50 мкг массы за последнее столетие, а возможно, и значительно больше, по сравнению с его официальными копиями. [17] [28] Причина этого дрейфа ускользнула от физиков, посвятивших свою карьеру единице массы СИ. Не было предложено ни одного правдоподобного механизма, объясняющего как устойчивое уменьшение массы IPK, так и увеличение массы его копий, рассеянных по всему миру. [Примечание 5] [29] [30] [31] Более того, нет никаких технических средств, позволяющих определить, страдает ли весь всемирный ансамбль прототипов от еще больших долгосрочных тенденций вверх или вниз, потому что их масса «относительно инварианта природы неизвестна на уровне ниже 1000  мкг за период в 100 или даже 50 лет». [28] Учитывая отсутствие данных, позволяющих определить, какой из прототипов килограмма в мире был наиболее стабильным в абсолютном выражении, можно с равным основанием утверждать, что первая партия реплик, как группа, набрала в среднем около 25  мкг за сто лет по сравнению с IPK. [Примечание 6]

Что известно конкретно об ИПК, так это то, что он проявляет краткосрочную нестабильность около30 мкг в течение примерно месяца в его массе после очистки. [32] Точная причина этой краткосрочной нестабильности не выяснена, но считается, что она влечет за собой поверхностные эффекты: микроскопические различия между полированными поверхностями прототипов, возможно, усугубленные поглощением водорода из-за катализа летучих органических соединений , которые медленно оседают на прототипах, а также растворителей на основе углеводородов, используемых для их очистки. [31] [33]

Удалось исключить множество объяснений наблюдаемых расхождений в массах прототипов мира, предложенных учеными и широкой общественностью. В FAQ BIPM, например, объясняется, что расхождение зависит от количества времени, прошедшего между измерениями, и не зависит от того, сколько раз прототип или его копии были очищены или от возможных изменений гравитации или окружающей среды. [34] Отчеты, опубликованные в 2013 году Питером Кампсоном из Ньюкаслского университета на основе рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии образцов, которые хранились вместе с различными килограммами прототипов, предполагают, что одним из источников расхождения между различными прототипами может быть ртуть, которая была поглощена прототипами, находящимися в непосредственной близости от ртутных приборов. IPK хранился в пределах сантиметров от ртутного термометра по крайней мере с конца 1980-х годов. [35] В этой работе Ньюкаслского университета было обнаружено, что на поверхности шести платиновых гирь, изготовленных в девятнадцатом веке, содержалась ртуть, причем наиболее загрязненная из них содержала эквивалент 250  мкг ртути при пересчете на площадь поверхности прототипа весом в килограмм.

Растущее расхождение в массах мировых прототипов и краткосрочная нестабильность IPK побудили к исследованию усовершенствованных методов получения гладкой поверхности с использованием алмазной обработки на вновь изготовленных репликах и стали одной из причин переопределения килограмма. [36]

Зависимость СИ от ИПК

До мая 2019 года величина многих единиц, входящих в систему измерений СИ, включая большинство единиц, используемых при измерении электроэнергии и света, в значительной степени зависела от стабильности ИПК.

Стабильность IPK имела решающее значение, поскольку килограмм лежал в основе большей части СИ, как она была определена и структурирована до 2019 года. Большинство единиц СИ со специальными названиями являются производными единицами , то есть они определяются просто путем умножения или деления или, в одном случае , смещения относительно других, более основных единиц. Например, ньютон определяется как сила, необходимая для ускорения одного килограмма на один метр в секунду в квадрате . Если бы масса IPK немного изменилась, то ньютон также изменился бы пропорционально. В свою очередь, паскаль , единица давления СИ , определяется через ньютон. Эта цепочка зависимостей следует за многими другими единицами измерения СИ. Например, джоуль , единица энергии СИ , определяется как затрачиваемая, когда сила в один ньютон действует на один метр . Следующей, которая будет затронута, является единица мощности СИ , ватт , которая составляет один джоуль в секунду.

Кроме того, до пересмотра базовая единица измерения электрического тока в системе СИ , ампер (А), определялась как ток, необходимый для создания силы 0,2 мкН между двумя параллельными проводами на расстоянии 1 м друг от друга на каждый метр длины. Подстановка этих параметров в закон силы Ампера дает:

или

делая величину ампера пропорциональной квадратному корню из ньютона и, следовательно, массе ИПК.

Основная единица количества вещества , моль , до пересмотра определялась как число атомов в 12 граммах углерода-12 , а основная единица силы света , кандела , определялась как ⁠1/683⁠ Вт на стерадиан зеленого света 540 ТГц . Следовательно, величины моля и канделы были пропорциональны массе ИПК.

Эти зависимости затем распространяются на многие химические , фотометрические и электрические единицы:

Производные единицы СИ, значения которых не были подвержены изменениям массы ИПК, были либо безразмерными величинами , полностью производными от секунды , метра или кельвина , либо определялись как отношение двух величин, обе из которых были связаны одинаковым образом с массой ИПК, например:

Здесь ньютоны в числителе и знаменателе точно сокращаются при вычислении значения ома. Аналогично:

Поскольку величина многих единиц, составляющих систему измерений SI, до 2019 года определялась их массой, качество IPK тщательно охранялось, чтобы сохранить целостность системы SI. Однако средняя масса всемирного ансамбля прототипов и масса IPK, вероятно, разошлись еще на 8,3  мкг с момента третьей периодической проверки35  лет назад. [Примечание 7] Кроме того, национальные метрологические лаборатории мира должны дождаться четвертой периодической поверки, чтобы подтвердить,  сохранились ли исторические тенденции.

Изолирующие эффекты практических реализаций

К счастью, определения единиц СИ сильно отличаются от их практических реализаций . Например, метр определяется как расстояние, которое свет проходит в вакууме за промежуток времени 1 ⁄ 299 792 458 секунды. Однако практическая реализация метра обычно принимает форму гелий-неонового лазера, а длина метра очерчивается — а не определяется — как1 579 800 .298 728 длин волн света от этого лазера. Теперь предположим, что официальное измерение секунды сместилось на несколько частей на миллиард (на самом деле оно чрезвычайно стабильно с воспроизводимостью в несколько частей на 10 15 ). [37] Не было бы никакого автоматического эффекта на метр, потому что секунда — и, следовательно, длина метра — абстрагируется через лазер, включающий практическую реализацию метра. Ученые, выполняющие калибровку метра, просто продолжали бы измерять то же самое количество длин волн лазера, пока не было бы достигнуто соглашение делать иначе. То же самое верно и в отношении реальной зависимости от килограмма: если бы было обнаружено, что масса IPK немного изменилась, не было бы никакого автоматического эффекта на другие единицы измерения, потому что их практическая реализация обеспечивает изолирующий слой абстракции. Однако любое несоответствие в конечном итоге должно быть согласовано, потому что достоинством системы СИ является ее точная математическая и логическая гармония между ее единицами. Если бы было окончательно доказано, что значение IPK изменилось, одним из решений было бы просто переопределить килограмм как массу IPK плюс смещенное значение, аналогично тому, как это делалось ранее с его копиями; например, «килограмм равен массе IPK + 42 части на миллиард » (что эквивалентно 42  мкг).

Однако долгосрочным решением этой проблемы было освобождение системы СИ от ее зависимости от IPK путем разработки практической реализации килограмма, которая может быть воспроизведена в различных лабораториях, следуя письменной спецификации. Единицы измерения в такой практической реализации имели бы свои величины, точно определенные и выраженные только в терминах физических констант . В то время как основные части системы СИ по-прежнему основаны на килограмме, килограмм теперь, в свою очередь, основан на инвариантных, универсальных константах природы.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Фрост, Наташа (12 ноября 2018 г.). «Краткая история килограмма и почему ученые готовы ее пересмотреть». Quartz . Архивировано из оригинала 9 июня 2020 г. . Получено 9 июня 2020 г. .
  2. ^ Лайалл, Сара (12 февраля 2011 г.). «Отсутствующие микрограммы устанавливают стандарт на Edge». The New York Times . Архивировано из оригинала 21 октября 2017 г. Получено 9 июня 2020 г.
  3. ^ ab Ketterle, W. ; Jamison, AO (1 мая 2020 г.). «Взгляд атомной физики на новое определение килограмма». Physics Today . 73 (5): 32–38. Bibcode :2020PhT....73e..32K. doi : 10.1063/PT.3.4472 .
  4. ^ Саллер, Х. (2017). Операционные симметрии: основные операции в физике. Springer. ISBN 978-3-319-58664-9.
  5. ^ Blaum, Klaus (март 2006 г.). "Высокоточная масс-спектрометрия с сохраненными ионами" (PDF) . Physics Reports . 425 (1): 1–78. Bibcode :2006PhR...425....1B. doi :10.1016/j.physrep.2005.10.011. Архивировано из оригинала (PDF) 4 апреля 2018 г. . Получено 9 июня 2020 г. .
  6. ^ "Резолюция 1-го CGPM (1889)". BIPM.
  7. ^ "(Бывший) Международный прототип килограмма". www.bipm.org . Архивировано из оригинала 2020-03-12 . Получено 2019-05-29 .
  8. ^ ab Quinn, TJ (1986). «Новые методы производства платино-иридиевых стандартов массы». Platinum Metals Review . 30 (2): 74–79. doi :10.1595/003214086X3027479. Архивировано из оригинала 24.09.2015 . Получено 23.05.2019 .
  9. ^ "Моль - BIPM".
  10. ^ "Ампер - BIPM".
  11. ^ «Кандела – BIPM».
  12. ↑ Официальный сайт Международного бюро мер и весов: Проверки, получено 4 августа 2013 г.
  13. ^ FJ Smith. "Стандартные килограммовые веса: история точного изготовления". Platinum Metals Rev. 17 (2) (1973) 66-68
  14. ^ Терри Куинн. От артефактов к атомам: BIPM и поиск окончательных стандартов измерений . Oxford University Press. стр. 321.
  15. ↑ Официальный сайт Международного бюро мер и весов: Международный прототип килограмма и его шесть официальных копий Архивировано 26 сентября 2007 г. на Wayback Machine
  16. ^ ab Stock, Michael; Barat, Pauline; Davis, Richard S.; Picard, Alain; Milton, Martin JT (24 марта 2015 г.). «Калибровочная кампания против международного прототипа килограмма в преддверии переопределения килограмма, часть I: сравнение международного прототипа с его официальными копиями». Metrologia . 52 (2): 310–316. Bibcode :2015Metro..52..310S. doi : 10.1088/0026-1394/52/2/310 .
  17. ^ abcd G. Girard (1994). "Третья периодическая проверка национальных прототипов килограмма (1988–1992)". Metrologia . 31 (4): 317–336. Bibcode : 1994Metro..31..317G. doi : 10.1088/0026-1394/31/4/007. S2CID  250743540.
  18. ^ Официальный сайт Международного бюро мер и весов: Сертификаты калибровки и характеристики: Масса, получено 4 августа 2013 г.
  19. ↑ Официальный сайт Международного бюро мер и весов: Некоторые калибровки и услуги BIPM по массе и связанным с ней величинам, получено 4 августа 2013 г.
  20. ^ Пикар, А. (февраль 2012 г.). «Отчет директора о деятельности и управлении Международного бюро мер и весов; Приложение: научные отделы» (PDF) . Международное бюро мер и весов. Архивировано из оригинала (PDF) 31 декабря 2013 г. . Получено 3 августа 2013 г. .
  21. ^ Килограмм [Килограмм]. Большая советская энциклопедия (на русском языке) . Проверено 22 июня 2020 г. Из 40 изготовленных копий прототипа два (№12 и №26) были переданы России. Эталон № 12 принят в СССР в качестве государственного первого эталона массового производства, а № 26 — в качестве эталона-копии.
  22. ^ Гутфельт, Бенгт; Йоханссон, Матиас; Нифельдт, Пер; Пендрилл, Лесли (2014). 13-е сравнение между шведским национальным килограммом и основными стандартами SP для одного килограмма (PDF) . Бурос: Технический исследовательский институт SP Швеции. стр. 3. ISBN 978-91-87461-72-9. Получено 12 мая 2017 г.
  23. ^ "TÜBİTAK National Metrology Institute" . Получено 16 июня 2014 г. .
  24. ^ "Создание первых международных килограммов и метров". Национальная физическая лаборатория . 2017-07-04 . Получено 22 мая 2019 г.
  25. ^ ZJ Jabbour; SL Yaniv (2001). «Килограмм и измерения массы и силы». Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 106 (1): 25–46. doi :10.6028/jres.106.003. PMC 4865288. PMID  27500016 . 
  26. ^ ZJ Jabbour; SL Yaniv (янв.–февр. 2001 г.). «Килограмм и измерения массы и силы». Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 106 (1): 25–46. doi :10.6028/jres.106.003. PMC 4865288. PMID 27500016  . 
  27. ^ Жирар, Г. (1990), Мойка и очистка прототипов килограммов в BIPM (PDF) , BIPM
  28. ^ ab Mills, Ian M.; Mohr, Peter J; Quinn, Terry J; Taylor, Barry N; Williams, Edwin R (апрель 2005 г.). «Переопределение килограмма: решение, время которого пришло» (PDF) . Metrologia . 42 (2): 71–80. Bibcode :2005Metro..42...71M. doi :10.1088/0026-1394/42/2/001. S2CID  122037298. Архивировано из оригинала (PDF) 20 ноября 2011 г. . Получено 25 ноября 2009 г. .
  29. ^ Дэвис, Ричард (декабрь 2003 г.). "Единица массы СИ" (PDF) . Metrologia . 40 (6): 299–305. Bibcode :2003Metro..40..299D. doi :10.1088/0026-1394/40/6/001. S2CID  250738424 . Получено 25 ноября 2009 г. .
  30. ^ RS Davis (июль–август 1985 г.). «Повторная калибровка прототипа национального килограмма США». Журнал исследований Национального бюро стандартов . 90 (4): 263–283. doi : 10.6028/jres.090.015 . PMC 6664201. PMID  34566154 . 
  31. ^ ab Гипотеза о причинах дрейфа IPK , Р. Штайнер, NIST, 11 сентября 2007 г.
  32. ↑ Отчет CGPM, 14-е заседание Консультативного комитета по единицам (CCU), апрель 2001 г., 2. (ii); Генеральная конференция по мерам и весам, 22-е заседание, октябрь 2003 г. , в котором говорилось: «Килограмм нуждается в новом определении, поскольку известно, что масса прототипа изменяется на несколько частей в 10 8 за периоды времени порядка месяца...» (файл ZIP объемом 3,2 МБ, здесь).
  33. ^ BBC, Измерение килограмма
  34. ^ "FAQs". BIPM . Получено 3 апреля 2011 г. .
  35. ^ Кампсон, Питер (октябрь 2013 г.). «Стабильность эталонных масс: VI. Ртутное и углеродистое загрязнение платиновых гирь, изготовленных в то же время, что и международные и национальные прототипы килограммов». Metrologia . 50 (5): 518–531. Bibcode :2013Metro..50..518C. doi :10.1088/0026-1394/50/5/518. S2CID  122890863.
  36. ^ Ссылки на общие разделы: Повторная калибровка прототипа национального килограмма США , Р.  С.  Дэвис, Журнал исследований Национального бюро стандартов, 90 (4): 263-281, июль–август 1985 г. (5,5 МБ PDF, здесь); и Килограмм и измерения массы и силы , З.  Дж.  Джаббур и др. , Журнал исследований Национального института стандартов и технологий 106 , 2001 г., 25–46 (3,5 МБ PDF, здесь)
  37. ^ "Time". Научная работа BIPM . BIPM. Архивировано из оригинала 14 мая 2011 г. Получено 7 мая 2011 г.

Примечания

  1. ^ Почтовый адрес павильона (и, следовательно, BIPM) находится в соседней коммуне Севр , поэтому часто сообщается, что он расположен там, но территория находится в коммуне Сен-Клу (OpenStreetMap).
  2. ^ ab Прототип № 8(41) был случайно промаркирован номером 41, но на его аксессуарах указан правильный номер 8. Поскольку прототипа с маркировкой 8 не существует, этот прототип упоминается как 8(41).
  3. ^ №№ 42′, 77 и 650 называются «стандартами», а не «прототипами», поскольку они немного недовесны, поскольку при их изготовлении было удалено слишком много материала. За исключением того, что они более чем на 1 мг ниже номинальной массы в 1 кг, они идентичны прототипам и используются во время обычных калибровочных работ.
  4. ^ Два других стандарта Pt‑10Ir, принадлежащие США, — это K79 из новой серии прототипов (K64–K80) , которые были подвергнуты алмазной обработке непосредственно до конечной массы, и K85, который используется для экспериментов по измерению равновесия по методу Киббла .
  5. ^ Если разница в 50 мкг между IPK и его копиями была полностью вызвана износом, то IPK должен был потерять на 150 миллионов миллиардов атомов платины и иридия больше за последнее столетие, чем его копии. То, что был такой большой износ, не говоря уже о разнице такого масштаба, считается маловероятным; 50 мкг — это примерно масса отпечатка пальца. Специалисты BIPM в 1946 году тщательно провели эксперименты по очистке и пришли к выводу, что даже энергичное трение замшей — если оно было сделано осторожно — не изменило массу прототипов. Более поздние эксперименты по очистке в BIPM, которые были проведены на одном конкретном прототипе (K63) и которые выиграли от новых тогда весов NBS-2, продемонстрировали стабильность 2 мкг. Эксперименты с прототипами № 7 и 32 в январе 2014 года показали потерю массы менее 0,5 мкг после третьего полного цикла очистки и промывки. [16]
        Было выдвинуто много теорий для объяснения расхождения в массах прототипов. Одна из теорий утверждает, что относительное изменение массы между IPK и его репликами вовсе не является потерей, а является простым вопросом того, что IPK приобрел меньше, чем реплики. Эта теория начинается с наблюдения, что IPK уникальным образом хранится под тремя вложенными стеклянными колпаками, тогда как его шесть сестринских копий, хранящихся рядом с ним в хранилище, а также другие реплики, разбросанные по всему миру, хранятся только под двумя. Эта теория также основана на двух других фактах: что платина имеет сильное сродство к ртути, и что атмосферная ртуть значительно более распространена в атмосфере сегодня, чем во время изготовления IPK и его реплик. Сжигание угля является основным источником атмосферной ртути, и как Дания, так и Германия имеют высокую долю угля в производстве электроэнергии. Напротив, производство электроэнергии во Франции, где хранится IPK, в основном ядерное. Эта теория подтверждается тем фактом, что скорость массового расхождения — относительно IPK — датского прототипа K48 с момента вступления во владение в 1949 году особенно высока и составляет 78 мкг в столетие, в то время как у немецкого прототипа она была еще выше — 126 мкг/столетие с тех пор, как она вступила во владение K55 в 1954 году. Однако другие данные по другим репликам не подтверждают эту теорию. Эта теория поглощения ртути — лишь одна из многих, выдвинутых специалистами для объяснения относительного изменения массы. На сегодняшний день каждая теория либо оказалась неправдоподобной, либо недостаточно данных или технических средств, чтобы доказать или опровергнуть ее.
  6. ^ Среднее изменение массы первой партии реплик относительно IPK за сто лет составляет +23,5  мкг со стандартным отклонением 30  мкг. Согласно Третьей периодической проверке национальных прототипов килограмма (1988–1992) , G.  Girard, Metrologia 31 (1994) стр.  323, таблица  3. Данные для прототипов K1, K5, K6, K7, K8(41), K12, K16, K18, K20, K21, K24, K32, K34, K35, K36, K37, K38 и K40; и исключая K2, K23 и K39, которые рассматриваются как выбросы. Это больший набор данных, чем показано в диаграмме в верхней части этого раздела, которая соответствует рисунку  7 статьи G.  Girard. 
  7. ^ Предполагая, что прошлые тенденции сохранятся, при которых среднее изменение массы первой партии реплик относительно IPK за сто лет составило +23,5  σ 30  мкг.

Внешние ссылки

Видео