Точная оценка числа Авогадро поможет дать новое определение килограмма

Международный коллектив ученых предложил усредненное значение числа Авогадро, рассчитанное на основе их предыдущих экспериментов. Поскольку это число связано со многими важными константами физики, оно имеет важное значение для нового определения понятия килограмма, которое планируют представить в 2018 году. О работе ученых сообщается в журнале Journal of Physical and Chemical Reference Data.

Число (или постоянная) Авогадро — это физическая величина, численно равная количеству частиц (атомов, молекул, ионов, электронов) в одном моле вещества. Ученые уже два раза уточняли это число, подсчитывая количество атомов в шаре из чистого кремния-28 весом в один килограмм. При кристаллизации кремний образует кубические решетки из восьми атомов. Это и позволяет вычислить количество атомов в шаре по соотношению общего объема кристалла и объема каждого атома кремния. Последнюю величину рассчитывают, измеряя кубическую решетку.

В 2011 году исследователи получили значение числа Авогадро с точностью до 30 атомов на миллиард, в 2015 году — с точностью до 20 атомов на миллиард. Однако сохраняющаяся неопределенность заставила ученых усреднить оба показателя в один: 6,02214082(11) на десять в 23 степени. Число в скобках обозначает погрешность в определении последней цифры.

Ценность нового определения в том, что оно помогает пересмотреть определение килограмма. Сейчас он является единицей массы, равной массе международного прототипа килограмма, который хранится в Международном бюро мер и весов под Парижем. Чтобы избавиться от привязки к единичному объекту, метрологи в 2011 году решили определить килограмм на основе постоянной Планка.

Именно поэтому значение данной постоянной должно быть рассчитано с максимальной точностью. Ее можно вывести из числа Авогадро (и наоборот) — следовательно, точное определение постоянной Авогадро помогает конкретизировать константу Планка. Кроме того, выведенные из этих постоянных определения килограмма должны будут оказаться почти одинаковыми.

В конечном счете переопределение килограмма сделает высокоточные измерения более доступными для лабораторий по всему миру. «В метрологии крайне важно обеспечить независимость и демократию — чтобы ни одно государство и ни одна лаборатория не стали монополистами», — отметил один из авторов исследования Джованни Мана (Giovanni Mana).