دانشمندان به دنبال بازتعریف کیلوگرم با استفاده از ثابت پلانک

تیمی از “موسسه ملی فناوری و استاندارد”(NIST) آمریکا به دنبال بازتعریف کردن کیلوگرم با استفاده از “ثابت پلانک” است.

ثابت پلانک، یک ثابت طبیعی در فیزیک است که بیان کننده اندازه کوچکترین واحد انتقال انرژی و از مفاهیم اساسی در مکانیک کوانتومی است. این ثابت به اسم ماکس پلانک فیزیکدان آلمانی نامیده شده است که در سال ۱۹۰۰ میلادی آن را کشف کرد. این ثابت در فیزیک با h نشان داده می‌شود و مقدار آن برابر است با:

به نقل از گیزمگ، ماهیت کیلوگرم مورد شبهه است زیرا تنها واحدی به شمار می‌آید که هنوز مبتنی بر یک استوانه فلزی است که در فرانسه نگهداری می‌شود.

از سال 1879، کیلوگرم به عنوان جرم دقیق شی “نمونه‌ اولیه بین‌المللی کیلوگرم” (IPK) تعریف شده است. این شی، استوانه‌ کوچکی است که از پلاتین و ایریدیم ساخته شده اما مشکلاتی در ارتباط با تعریف کردن این واحد پایه از لحاظ فیزیکی وجود دارد زیرا IPK آلاینده‌هایی را جذب می‌کند که با گذر زمان آن را اندکی سنگین‌تر می‌کنند.

موضوعی که مشکل موجود را پیچیده‌تر می‌کند وجود 40 نسخه(کپی) از IPK در سراسر دنیاست که هر یک از آن‌ها با سرعت‌های مختلف در حال آلوده‌شدن هستند؛ این بدین معناست که جرم آن‌ها به تدریج از حالت عادی خارج می‌شود.

واحدهای دیگر مانند پوند، تن یا میلی‌گرم از لحاظ ارتباط‌شان با کیلوگرم تعریف شده‌اند؛ همچنین واحدهای غیرجرمی مانند آمپر برای محاسبه جریان الکتریکی یا کاندلا برای سنجش شدت نور وجود دارند.

با این حال، راه حل بهتر، ارائه تعریفی جدید و مبتنی بر بنیانی فیزیکی است که همه جا قابل محاسبه باشد و “ثابت پلانک” این نیاز را برآورده می‌کند. فرمول جدید ارائه شده توسط دانشمندان NIST به آن‌ها امکان یافتن جرمی دقیق و مرتبط با انرژی الکترومغناطیسی را می‌دهد.

کاهش هزینه تولید باتری لیتیوم یونی با دوده شمع

فرمول ارائه شده این موسسه برای ثابت پلانک، 6.626069934 * 10 به توان 34- kg∙m2/s است که عدم اطمینان آن 13 در میلیارد است که بسیار دقیق است.

برای اندازه‌گیری ثابت پلانک، محققان از تعادل کیبل (Kibble) استفاده کردند. این ابزار، وزنه‌ای یک کیلوگرمی را با نیروهای الکترومغناطیسی معلق می‌کند. دانشمندان با استفاده از این سیستم می‌توانند این ثابت را بر طبق میزان انرژی الکترومغناطیسی که برای متعادل کردن این وزنه لازم دارد، محاسبه کنند.

این آزمایش‌ها به همراه چندین پروژه دیگر در تلاش برای یافتن دقیق‌ترین ارزش ثابت پلانک به منظور بازتعریف واحد کیلوگرم بوده‌اند. تمامی این آزمایش‌ها جهت بازبینی به یک نهاد بین‌المللی ارائه می‌شوند و این نهاد، ارزش رسمی ثابت پلانک را تعیین خواهد کرد.

تعریف رسمی کیلوگرم به همراه واحدهای دیگر وابسته به آن قرار است نوامبر سال آینده میلادی تغییر کند.

نتایج این مطالعه در مجله Metrologia منتشر شد.

مقالات مرتبط

لیزر

لیزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation می باشد و به معنای تقویت نور توسط تشعشع تحریک شده است.اولین لیزر جهان توسط…

پاسخ‌ها

Curabitur elementum mattis et, odio leo. quis