Ile wynosi masa kilograma? Pewnie powiecie, że 1000 gramów (1 kilogram). Ale prawidłowa odpowiedź nie jest tak oczywista, jak mogłoby się wszystkim wydawać. Międzynarodowy zespół naukowców, po wielu dekadach badań, w końcu ustali, jaka jest masa kilograma.

Do tej pory punktem odniesienia był solidny kawałek metalu znajdujący się w skarbcu we Francji, znany jako "Le Grand K" lub "Prototype Kilogram (IPK)", czyli Prototyp Kilograma.

Największy problem w tym, że kilogram jest jedyną jednostką ciągle określaną przez obiekt fizyczny, ale wiele jednostek masy zależy właśnie od masy kilograma.

Chociaż IPK jest pewnym źródłem odniesienia, to niestety przez wiele dekad także i on podlegał zmianom, a to z powodu np. kurzu, który powoli zwiększał jego masę.

Naukowcy postanowili więc na nowo obliczyć rzeczywistą masę kilograma, niezależnie od prototypu z Francji. Badacze przystąpili do tego zadania ze znajomością stałej Plancka, która jest stosunkiem energii cząsteczki, do jej częstotliwości. Jednak nie jest ona perfekcyjna, dlatego potrzebne były nowe, o wiele precyzyjniejsze wyliczenia, co wprowadzono w życie.

Zespół z niemieckiego Narodowego Instytutu Metrologicznego zdecydował, że nowe kule zostaną zbudowane z krzemu. W Rosji oczyszczano krzem w centryfugach używanych za czasów ZSRR do oczyszczania uranu. Wirówki oddzielały od siebie poszczególne izotopy krzemu, w ten sposób uzyskano wyjątkowo czysty krzem-28.

Później materiał ponownie trafił do Niemiec, gdzie próbowano z niego utworzyć gigantyczny kryształ. Udało się to uzyskać dopiero o sześciu próbach. Ostatecznie kryształ przecięto na dwa 5-kilogramowe kawałki i dostarczono do CSIRO. Tam zajął się nimi inżynier, Achim Leistner, który przez kilkadziesiąt lat zajmował się tworzeniem precyzyjnych kul. Precyzja jego pracy i wysiłków naukowców po prostu zadziwia.

Średnica każdej z kul wynosi 93,75 milimetra, a ich waga odpowiada australijskiemu wzorcowi kilograma. Badania kul wykazały, że nierówności na powierzchni kul nie przekraczają 0,3 nanometra, a odchylenie od idealnej krzywizny wynosi 60-70 nanometrów. Gdyby kule powiększyć do wielkości Ziemi, to nierówności na jej powierzchni wynosiłyby 12-15 milimetrów, a odchylenie od idealnej krzywizny to 3-5 metrów.

Kolejne badania pozwoliły ujawnić, jak dużo zanieczyszczeń znajduje się w kulach. Z pomocą techniki neutronowej analizy aktywacyjnej wykryto, że kule najbardziej są zanieczyszczone miedzią. Jest jej tam około 70 nanogramów na gram, co oznacza, że na 3 miliardy atomów krzemu znajduje się 1 atom miedzi. W kulach odkryto też, w ilościach liczonych od pikogramów po femtogramy: chrom, gal, arsen, kobalt, brom, lantan, wolfram i złoto.

Naukowcy chwalą się, że w każdym kilogramie materiału znajduje się zaledwie 0,7 mikrograma zanieczyszczeń. W ten oto sposób powstał najczystszy materiał stworzony przez człowieka w historii naszej cywilizacji. Teraz kula posłuży do określenia nowej stałej Plancka, która ma być podana do wiadomości publicznej w roku 2018. 

Źródło: Scientific American / Fot. PTB