Kutatók szerint a légszennyezés miatt nehezebb lett a kilogramm hivatalosan elismert etalonja ahhoz képest, amikor 1875-ben bemutatták a világnak.
Az eredeti kilogramm most több tíz mikrogrammal nehezebb annál, mint amilyennek először, 1875-ben nemzetközi standardnak elfogadták. A brit kutatók vizsgálati módszerével (röntgenfotoelektron-spektroszkópia, XPS) azokat az elektronokat lehet rendkívüli pontossággal elemezni, amelyek a sugár hatására lépnek ki a céltárgyból, így kiválóan alkalmas a felületi tisztaság ellenőrzésére, vagy annak megállapítására, hogy miből áll egy szilárd test felületi rétege.
A kilogramm hízása azért súlyos gond, mert a kiló egyike annak a hét, nemzetközi standardként elfogadott, alapvető mértékegységnek (SI), amelyből az összes többi levezethető. Míg például a métert vagy a kelvint fizikai állandókhoz kötötték, a kilogramm az egyetlen, amelyet egy konkrét tárgyhoz képest határozunk meg mintegy másfél évszázada. Az etalon eredetijét a franciaországi Sevres-ben őrzi a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatal.
A kilogrammnak a franciaországi Sévres-ben lévő súlyok és mértékek nemzetközi hivatalában őrzött, henger alakú, platina alapú etalonjára a légszennyezés parányi részecskéi tapadtak, ezáltal a kilogramm valószínűleg néhány tizednyi mikrogrammal nehezebb lett – írták a szakemberek a Journal of Metrologia szaklapban megjelent tanulmányukban.
A kilogramm nemzetközi etalonját (IPK), egy gyufásdoboznyi nagyságú platinadarabot üvegbura alatt őrzik a sévres-i intézményben. 1884-ben 40 hivatalos másolat készült róla, amelyeket a világ különböző tudományos intézeteiben tárolnak a mértékegység hitelesítéséhez.
A Newcastle-i Egyetem szakértői úgy vélik, hogy az iparosodás, a modern élet a hivatalos mércét is „károsította”, mivel szennyeződések rakódtak le a felszínén. Ráadásul az etalonon és minden egyes másolaton más-más a lerakódás mértéke.
Peter Cumpson és Naoko Sano speciális röntgen fotoelektron spektroszkópiát használt, hogy elemezze a másolatok felületét. Megállapították a szénhidrogének lerakódásának nagyságát, és azt is megvizsgálták, hogy miként lehetne eltávolítani a szennyeződést. Úgy találták, hogy az ultraibolya és ózonsugárzás hatékony lehet abban, hogy a másolatok visszanyerjék eredeti tömegüket.
„Az egyezmény kimondja, hogy az IPK a kilogramm. Tulajdonképpen mindegy, hogy mekkora a súlya, ha mindannyian ugyanazon pontos standarddal dolgozunk. A probléma az, hogy vannak parányi különbségek. A hivatalos mérce és negyven másolata eltérő mértékben növekszik, és eltér az eredetitől” – idézte Cumpson professzort a The Daily Telegraph című brit napilap.
A szakember szerint csak igen kicsiny változásról van szó, kevesebb, mint 100 mikrogrammról. „Newcastle-ben ‘megnapoztattuk’ a szóban forgó felületeket. Ultraibolya és ózonsugárzásnak kitéve el lehet távolítani a szénalapú szennyeződést, és visszaadhzató a kilogramm etalonjának az ideális súlya” – közölte a professzor.
Mit hoz a jövő?
A vizsgálatok szerint egy kis „lesülés” segíthet abban, hogy az etalonhoz hasonló platina-irídium tárgyak visszanyerjék eredeti tömegüket. A newcastle-i kutatók ultraibolya besugárzással és ózonfürdővel távolították el a szennyeződést. Az XPS-berendezés előnye, hogy atomi szinten lehet vele elemezni a felület rétegeit, továbbá argonionágyújával úgy vizsgálhatók a szerves eredetű lerakódások, hogy a fémfelület, vagyis a platinaötvözet egyáltalán nem sérül. A kutatócsoport eredményeit a Metrologia szakfolyóirat közölte.
A szabványügyekkel foglalkozó Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Bizottságban (CIMP) egyébként évek óta tudják, hogy a kilogramm nem teljesen felel meg az etalonokra vésett francia jelmondatnak: „A tous les temps, a tous les peuples” (Minden időkre – minden népnek). A testület 2005-ben azt ajánlotta, hogy valamilyen alapvető fizikai állandóból vezessék le a tömeg mértékegységét.
Ennek nyomán az Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia (CGPM) elviekben egyetértett azzal, hogy a tömeget a Planck-állandóhoz kössük. A végső döntést viszont egyelőre elhalasztották. A Max Planck fizikusról elnevezett állandó alapvető fontosságú a kvantummechanikában – a megoldás nehézségeiről itt olvashat bővebben. Minden korábbinál pontosabban még 1999-ben mérték meg az Egyesült Államok szabványügyi intézetében, a National Institute of Standards and Technologyban (NIST), szupravezető mágneseket felhasználva.
A nemzetközi mértékügyi konferencia következő ülését 2014-ben tartja, addig kell várni tehát a jó öreg etalon leváltására. Jelenleg ugyanis ha valamilyen katasztrófa érné a sevres-i eredetit, hirtelen nem lenne mihez viszonyítani a súlyokat. Bár az is tény, hogy a mindennapi életben ez nem okozna fennakadást: aki túl sokat evett az ünnepek alatt, annak valószínűleg szemmértékre is nagyobb a súlya, mint december elején.
Miért nem a grammot használjuk etalonként?
A magyarázat a tömeg mértékegységének kétszáz éves történetében rejlik. Akárcsak a hosszúságra, a tömegre (hétköznapi értelemben a súlyra) is annyi mértékegység létezett, ahány kultúra. Gondoljunk például az 1271-ben elfogadott budai márkára, amely 245,54 grammnak felelt meg 1690-ig, majd 248,87 gramm volt 1727-ig. Ennek a mindenkori kétszerese volt az úgynevezett kereskedelmi font, amelyet a 14. században tett egységesen kötelezővé Luxemburgi Zsigmond magyar és német király, német-római császár.
Hogy rendet vágjon a mértékek káoszában, a francia nemzetgyűlés 1790-ben azzal bízta meg az ország tudósait, hogy határozzanak meg új, decimális (a tízes számrendszeren alapuló) rendszert. A tömeg mértékegysége a grave lett, amely 1 köbdeciméter, fagyponton levő víz tömegével egyezett meg, nagyjából megfelelve a későbbi kilogrammnak.
Ahogy kiteljesedett a francia forradalom, a grave-ot elvetették, mert túl nagynak tartották hétköznapi használatra. A helyébe 1795. április 7-től a gramm lépett, melynek tömegét szintén a köbméterben mért, fagyponton levő vízéhez viszonyították. (A vizes meghatározás John Wilkins angol filozófus javaslata volt, aki 1668-ban vetette fel a súly és a hosszúság összekapcsolását.) Mivel végül nehéznek bizonyult grammetalonokat készíteni, a kilogrammetalonok terjedtek el inkább. A platinakilók prototípusát 1799-ben helyezték letétbe a Francia Köztársaság központi levéltárában.
szerző: richpoi.com
