オーストラリア、アメリカ、ドイツ、日本…の広範囲に離れた施設に点在するのは、慎重に研磨され厳重に保護された 7 つの球体のコレクションです。国際アボガドロプロジェクトのシリコンボールです。これらはオーストラリア科学産業研究機関 (CSIRO) で非常に高い精度で作られており、世界で最も丸い物体であると考えられています。

米国国立標準技術研究所 (NIST) によると、その表面は非常に滑らかなので、地球の大きさに拡大した場合、最も高い山と最も深い海の間の距離はわずか 3 ～ 5 m になります。国際アボガドロプロジェクトに参加する組織の代表。光学干渉計は、研究者が球の幅をナノメートルの精度で測定するのに役立ちました。各球体の価格は約 320 万ドルで、熟練したレンズメーカーによって手作りされています。

それでは、これらのボールを作る目的は何でしょうか？ 2016年の球体プロトタイプを所蔵するパワーハウス博物館によると、国際アボガドロプロジェクトの目標は、完全なシリコン球を使用してアボガドロ定数（基本的な物理定数）の値を正確に決定することだという。具体的には、アボガドロ定数に基づいてキログラムを再定義するというアイデアです。

メートル法が導入された 18 世紀には、最初の定義は自然に基づいていました。 1 メートルは、パリを直線で測定した北極と赤道の間の距離の 1,000 万分の 1 です。 1 リットルは、氷の融点で測定した水の 1/1,000 m3 の体積です。キログラムは、真空中のこの量の水の質量です。

これらの定義が策定された後、フランス科学アカデミーはそれらを正式に制定し始めました。 1799 年、彼らは、ル グラン K またはビッグ K と呼ばれる 1 キログラムの円筒など、物理的なオブジェクトを使用して測定単位を説明しました。

しばらくして、これらの測定は世界中で普及しました。ただし、深刻な問題は、それらが完全に物理的なオブジェクトに基づいていることです。このシステムを確立した人々にとって、地球の円周は不変に見えるかもしれませんが、実際には常に変化しています。実際、長さの計算を担当した科学者が 0.2 mm 単位で計算を誤り、最終的な数値を誰も修正しなかったため、このシステムは最初から間違っていました。

このような理由から、20 世紀にはより正確な自然定数の観点から単位を再定義することが提唱され始めました。特に、物質の量を測定する単位であるモルは、6.02214076 x 10 の物質の量に割り当てられます。²³ この基本単位はアボガドロ定数とも呼ばれます。

2005 年の第 94 回国際度量衡委員会で、専門家はキログラムを普遍定数として再定義することを推奨しました。委員会は、プランク定数を使用することが最良の選択肢であると決定しました。

しかし、別の考えを持つ科学者もいます。アボガドロ定数の現在の定義は物質の質量に依存しているため、彼らはこの関係を逆に利用できると考えました。しかし、その前に、アボガドロ定数に基づく新しいキログラム定義が精度と信頼性の点で現在の標準と競合できるように、この定数をより正確に定義する必要があります。相対誤差はわずか 20 ppb です。

基本的に、計画は、正確な量の既知の物質から物体を作り、それに応じてキログラムを定義することでした。これらの物体は、ビッグKに比べて多くの利点を備えたシリコンボールです。シリコンボールが紛失または破損しても、キログラムは物理的な物体によって表されるのではなく、概念によって定義されるため、キログラムの定義には影響しません。

国際標準基本単位の定義は物体内の原子の数を数えることに依存するため、計算は非常に正確である必要があります。だからこそボールは丸くなければならないのです。 「球体が理想的な形状として選ばれたのは、（欠けや磨耗を避けるために）角やエッジがなく、球体が十分に完璧に作られていれば、単一のパラメータ（直径）から体積を計算することが可能であるためです。 ）」とパワーハウス博物館は説明します。

一方、シリコン材料が選択されたのは、非常に高純度のシリコンを製造および加工するための高度なプロセスがあるためです。シリコンは科学者にとっても多くの利点をもたらします。科学者はシリコン 28 同位体の質量をすでに知っており、結晶格子の空間パラメーターも標準化されているため、球内の原子数の計算に役立ちます。

NIST によると、国際度量衡委員会はキログラムを再定義する基礎としてプランク定数を選択しましたが、少なくとも定数に対する定義の正確さを検証するために他の自然定数も使用できるとのことです。

トゥ・タオ （それに応じて IFLサイエンス)