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 с 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 их 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).