Warum muss der Kilogramm-Standard auf einem Kilogramm-Massenobjekt basieren?

Es muss nicht sein. Sie könnten genauso gut ein internationales Prototyp-Gramm haben und dann (natürlich nur um die Dinge noch verwirrender zu machen) Ihre Basiseinheit, das Kilogramm, als die tausendfache Masse des IPG definieren.

Warum wurde das ursprünglich nicht so gemacht? Vor allem wegen Geschichte. Zu der Zeit, als das IPK hergestellt wurde, war es einfacher, eine Präzisionsfertigung im Kilogrammmaßstab als im Grammmaßstab durchzuführen, sodass das IPK mit dem Besten gebaut wurde, was die Spitzentechnologie des Tages bieten konnte (ganz ohne Zunge gesagt in die Frechheit: Es war eine ehrliche technologische Errungenschaft).

Warum machen wir das jetzt nicht so? Weil wir überhaupt keine Artefakt-Kilogramme aufstellen. Die Details werden in diesem längeren Thread beschrieben, aber das Ergebnis ist, dass das Kilogramm neu definiert wird, indem der Wert der Planckschen Konstante festgelegt wird (wobei Standards für Länge und Zeit als bereits vorhandene Abhängigkeiten angenommen werden). Die hauptsächliche Mise en Pratique , wie sie derzeit vorgesehen ist, erfolgt über Kibble- (auch bekannt als Watt-) Waagen, was bedeutet, dass das Avogadro-Projekt bei der praktischen Umsetzung des neuen Kilogramms wahrscheinlich keine so große Rolle spielen wird, dh es wird im Allgemeinen kein Kilogramm geben . Maßstabsobjekt als ultimative Massenreferenz in den meisten nationalen Metrologielabors.

Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass auch das Avogadro-Projekt in dieses Schema fällt: Das Ziel ist nicht, ein neues Artefakt-Kilogramm zu erstellen (was genauso problematisch wäre wie das IPK), sondern stattdessen eine Referenzmasse zu erstellen , die ( direkt, genau und stabil) auf die Fundamentalkonstanten zurückgeführt$\hbar$,$N_A$,$c$Und$\Delta \nu(\rm Cs)$. Der grobe Weg dazu sieht so aus:

• Zuerst machen Sie Ihr Objekt. Nehmen wir an, eine große glänzende Kugel, die aus einem Silizium-28-Einkristall hergestellt wurde.

• Dann charakterisieren Sie sein Volumen (was einen Längenstandard erfordert) über optische interferometrische Techniken.

• Dann charakterisiert man die Gitterkonstante des Einkristalls durch Röntgenkristallographie, was zusammen mit dem Volumen die Anzahl der Atome in der Kugel ergibt.

• Dann messen Sie die Masse eines einzelnen Silizium-28-Atoms in Bezug auf die Plancksche Konstante durch Rückstoßspektroskopie (im Wesentlichen nehmen Sie ein Photon mit bekannter Wellenlänge$\lambda$und daher bekanntes Momentum$p=h/\lambda$, und Sie messen, wie viel Kick es dem Atom gibt, was eine messbare Frequenzverschiebung proportional zu erzeugt$h/m(^{28}\rm Si)$).

Daraus ergibt sich dann die Masse deiner Kugel.

Keines der oben genannten Punkte hebt die Ein-Kilogramm-Skala besonders hervor, und es wird auch nicht Silizium (über, sagen wir, Kohlenstoff) hervorgehoben. Wenn Sie den gesamten Prozess mit einer 20-Gramm-synthetischen Kohle wiederholen möchten, gibt es keine grundlegende Definition, die Sie daran hindert – nur technologische Hürden.

Also, warum tun wir das nicht? Weil es teuer ist und weil der Hauptwert des Avogadro-Projekts (oder zumindest so wie ich es sehe) darin besteht, als entscheidender unabhängiger Methodentest für die Genauigkeit der Ergebnisse zu fungieren, die mit Kibble-Balance-Methoden erzielt werden. Die Herstellung eines 20-Gramm-Diamanten ist wahrscheinlich noch teurer als das Avogadro-Projekt, ohne wesentlich mehr Genauigkeit zu bieten, und Sie brauchen einen guten Grund, um das Ganze durchzugehen. Würden Sie das Geld nicht lieber für ein paar Wattwaagen der Spitzenklasse ausgeben, die viel mehr Flexibilität bieten und einen Rahmen an technologischen Vermögenswerten, sowohl Material als auch Know-how, schaffen, der für andere Dinge verwendet werden kann? ?

Wir brauchen nicht nur einen Referenzstandard. Andere Standardlabore außerhalb von Paris müssen in der Lage sein, ihre eigenen sekundären Standardkilogramme zu erstellen, die für tägliche Messungen verwendet werden. Wir können also nicht einfach eine beliebige Diamantprobe auswählen und sagen, dass ihre Masse ein Bruchteil eines Kilogramms ist, wir müssen einen Standard haben, der von anderen Labors dupliziert werden kann.

Als das International Prototype Kilogram geschaffen wurde, war es überhaupt nicht möglich, Diamanten jeglicher Art herzustellen, daher war ein Diamantstandard angesichts der Technologie des späten 19. Jahrhunderts nicht geeignet.

Angesichts der Tatsache, dass das Prototyp-Kilogramm aus einer Platin-Iridium-Legierung hergestellt wurde und 1 kg dieses Materials verfügbar war, erscheint es sinnvoll, den Standard auf ein volles Kilogramm zu reduzieren.

Ein kleineres Prototypartefakt wäre auch anfälliger für Fehler, wenn es gemessen wird (oder andere Objekte dagegen gemessen werden).

Als offensichtlich wurde, dass das Standardkilogramm seine Masse nicht ausreichend beibehält, war bereits klar, dass es besser wäre, einen natürlichen Standard zu schaffen (z. B. eine feste Anzahl von Siliziumatomen oder eine Beziehung zur Standardeinheit der Leistung über die Wattbilanz), anstatt weiterhin einen Artefaktstandard beizubehalten, also gab es (soweit ich weiß) keine Bewegung, um einen neuen Artefaktstandard einzuführen.