Килограмм, ампер, кельвин и моль: в БелГИМ объяснили, как теперь будет обеспечиваться точность государственных эталонов

В Версале на 26-й Генеральной конференции мер и весов, где присутствовали и наши ученые-метрологи, приняли историческое решение: с 20 мая 2019 года изменятся определения четырех из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ) – килограмма, ампера, кельвина и моля. Корреспондент «Р» побывала в Госстандарте и Белорусском государственном институте метрологии (БелГИМ), где хранят государственные эталоны 51 единицы физической величины (всего в стране действует 56 государственных эталонов), и узнала, как мировые новации коснутся нашей страны.

Килограммовая  эволюция

Несмотря на то что изменились определения четырех единиц измерения, килограмму отдается пальма первенства. Ведь это последняя из величин СИ, в основе которой лежит настоящий физический объект – цилиндр диаметром и высотой 39 миллиметров, состоящий на 90 процентов из платины и на 10 процентов из иридия. Но чем прототип, изготовленный в Лондоне еще в XIX веке, не угодил ученым?

– Цилиндр хранится в Международном бюро мер и весов в городе Севр под Парижем. Еще десятки копий из того же материала стоят в национальных метрологических институтах разных стран, – рассказывает Валерий Гуревич, директор БелГИМ. – Периодически ученые извлекают эталон из-под двойного вакуумного колпака и проводят сличения с другими эталонами. В процессе опытов они заметили, что за сто лет артефакт «похудел» на 50 микрограммов (один микрограмм – одна миллиардная килограмма. – Прим. авт.) Дело в том, что физические объекты могут терять атомы, поэтому факт, что за прошедшее столетие масса эталона изменилась, – нормальное явление. Но это значит, что остальные прототипы килограмма, по которым калибруют весы во всем мире, также не идеально точны.

И когда вес цилиндра «поплыл» в сторону, возникла проблема – потеря стабильности. Когда мы говорим о килограмме колбасы, эти изменения совершенно не важны. Но что делать ученым, проводящим микроисследования на самом высоком уровне? Поэтому специалисты решили определить единицу СИ заново, но теперь привязать ее не к физическому объекту, а к естественной константе, которая была бы неизменной величиной. Подобную революцию в 1983 году уже проделали с метром. Раньше это был металлический артефакт соответствующей длины, а теперь метр равен расстоянию, которое свет проходит в вакууме за 1/299,792,458 секунды.

– Кроме килограмма, окончательно переопределились ампер, кельвин и моль. А секунда, метр и кандела сохраняются – по ним уже была соответствующая резолюция в прошлом веке.

Таким образом, силу тока (ампер) будут измерять, подсчитывая определенное количество электронов, создающих ток в секунду. Температуру (кельвин) – за счет акустической термометрии, измеряя скорость звука в сфере, заполненной газом определенной температуры. Как теперь рассчитать килограмм, если цилиндр больше не представляет особой научной ценности и вскоре станет лишь музейным экспонатом?

– Это можно сделать с помощью весов Киббла – прибор определяет массу через постоянную Планка. На одной стороне прикрепят груз, а на другой – электромагнит. Силу тока внутри электромагнита будут повышать, пока его притяжение не уравновесит гирю.

Точность повышается

Беларуси тоже есть чем похвастаться – в рамках государственной научно-технической программы создано и функционирует 56 государственных эталонов, а вскоре появится еще около 15. Валерий Львович показывает фото парижского килограммового цилиндра – от артефакта, хранящегося у нас, отличить сложно.

– Это аналог из нержавеющей стали, мы через санкт-петербургский институт сличаемся с Францией.

Сегодня, говорит Валерий Львович, на нашей стране новации особенно никак не отразятся. Единицы величин сохранятся, их фактическая реализация через эталоны – тоже. В перспективе возможно говорить об уменьшении неопределенности. В будущем исследования в микромире потребуют улучшения точности всех измерений, а значит, новые открытия не за горами.

КОМПЕТЕНТНО

Дмитрий БАРТАШЕВИЧ, заместитель Председателя Госстандарта:

– Делегация Госстандарта участвовала в заседании во Франции, когда приняли резолюцию о переопределении четырех базовых единиц СИ. Там надо было находиться, чтобы прочувствовать волнительный и важный для научного мира момент. Когда решение зачитали, все аплодировали стоя. В процессе обсуждений, которые велись несколько лет, предлагались разные подходы. Например, рассчитать килограмм на основании постоянной Планка и весов Киббла – идея американцев. А вот немцы хотели использовать число Авогадро и сферический кремний с известным количеством молекул. Но этот вариант наиболее сложно воспроизводится, поэтому выбрали первый.

Новый подход к определению точности измерений обусловлен их важнейшей ролью в современном развитии науки и производства. Например, в медицине, если говорим о дозе облучения или приготовлении каких-то препаратов, важен каждый микрограмм. Или новые сферы, которые стали и станут неотъемлемой частью нашей жизни, – мобильная связь, интернет-технологии, цифровая трансформация, наноиндустрия. Развитие этих и других перспективных направлений требует наивысшего уровня точности.

То, что удалось выработать подход к переопределению, – квинтэссенция работы большого мирового сообщества. Результат базировался на исследованиях нобелевских лауреатов и ученых всего мира. Это решение выверенное и в своем роде прорывное.

В Беларуси высокий уровень технической оснащенности метрологического обеспечения, компетентности специалистов, что позволяет нам участвовать в конференциях и разговаривать с учеными по всему миру на одном языке. С 2003 года мы являемся ассоциированным членом Генеральной конференции мер и весов. Могу также сообщить, что до 2020 года наша страна присоединится к Метрической конвенции в качестве полноправного члена – сейчас ведутся финишные работы. Сегодня к ней присоединились 60 государств. Данная задача кажется реальной, компетентность и готовность Государственной метрологической службы позволяет ее выполнить. Мы долгие годы активно участвуем в Генеральной конференции мер и весов, поэтому полноправное членство – лишь вопрос решительности и формализации отношений. Мы подготовили проект закона, он должен пройти рассмотрение и принятие в установленном порядке. А затем запрос направится во Францию, после чего правительство страны выпустит документ о том, что Беларусь полноправно присоединилась к важному международному научному сообществу. Мы уже выполняем все правила: применяем Международную систему единиц (СИ), участвуем в сличениях с метрологическими службами других стран. К слову, по результатам никому не уступаем в продвинутости оснащения. Полноправное членство даст много преимуществ. Главное, мы получим возможность участвовать в сличениях на самом верхнем уровне точности. А также заработаем имидж и признание для страны: Беларусь вступит в клуб, с которым считается весь мир.

Христина Глушко, «Рэспубліка», 29 ноября 2018 г.
(фото – Юрий Мозолевский)