Kilo saattaa joutua dieetille. Kansainvälinen standardi, sylinterinmuotoinen metallikimpale, joka määrittelee massan perusyksikön, on uuden tutkimuksen mukaan saanut kymmeniä mikrogrammoja lisää massaa pintakontaminaatiosta.
Tuloksena on, että jokaisella maalla, jolla on yksi näistä standardimassoista, on hieman erilainen kilogramman määritelmä, mikä voi häiritä tieteellisiä kokeita, jotka vaativat hyvin tarkkoja painonmittauksia, tai painon mukaan rajoitettujen, erittäin rajoitettujen tavaroiden, kuten radioaktiivisten materiaalien, kansainvälistä kauppaa.
Mutta otsonia ja ultraviolettivaloa voitaisiin tutkimuksen mukaan käyttää kilogrammojen puhdistamiseen niitä vahingoittamatta.
Puhdistustekniikka, joka on kuvattu Metrologia-lehden tammikuun numerossa, saatetaan lopulta ottaa laajalti käyttöön keinona pitää massan perusyksikkö yhtenäisempänä.
Lisäksi, koska siinä käytetään ”laitteita, jotka voisi hankkia ilman liian suuria aika- ja rahasijoituksia”, se on käytännöllinen tekniikka, joka voitaisiin ottaa laajalti käyttöön, sanoi Richard Davis, Pariisissa toimivan Kansainvälisen paino- ja mittauslaitoksen (International Bureau of Weights and Measures, IBI) neuvonantajana toimiva metrologi, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.
Yleinen standardi
Kilogramma hyväksyttiin ensimmäisen kerran kansainväliseksi standardiksi mittarikonventiossa vuonna 1875.
Tiedemiehet olivat tuolloin turhautuneita siihen, että ei ollut olemassa johdonmukaista, standardoitua tapaa mitata massaa suurella tarkkuudella.
Ongelman ratkaisemiseksi tiedemiehet loivat platinasta ja platina-iridium-seoksesta sylinterinmuotoisen massan kimpaleen nimeltään kansainvälinen prototyyppi-kilogramma (International Prototype Kilogram, IPK). Sylinteri, joka painaa noin 2,2 puntaa (1 kilogrammaa), on kilogramman määritelmä. Kilogramma on yksi seitsemästä kansainvälisestä standardoidusta perusmittayksiköstä.
1880-luvulla näitä prototyyppikiloja jaettiin noin 40 kappaletta niille maille, jotka olivat allekirjoittaneet metriyleissopimuksen, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Peter Cumpson, metrologi Newcastlen yliopistosta Isossa-Britanniassa.
Likaiset painot
Tutkijat huomasivat jo tuolloin, että epäpuhtaudet saattoivat peittää kilogramman pinnan. Tämän vaikutuksen torjumiseksi he tekivät massoista sylintereitä, joiden pinta-ala on pienempi pölyn ja roskien keräämiseen. IPK:t säilytetään suodatetussa laboratorioilmassa vakiolämpötilassa ja -paineessa, mutta niitä ei voida täysin eristää ilmansaasteilta ja epäpuhtauksilta, Cumpson kertoi LiveScience-sivustolle.
Puhdistaakseen ne ammattitaitoinen teknikko hieroo sylinterit alkoholiin kastetulla säämiskänahalla. Mutta koska jokainen maa puhdistaa kilogrammansa eri tavalla ja eri aikaan, jokainen kilogramma maailmassa poikkeaa eri, tuntemattoman määrän.
Kilogramman puhdistaminen
Katsoakseen, miten kilogramma painaa, Cumpsonin ryhmä käytti röntgenspektroskopiaksi kutsuttua kuvantamismenetelmää tarkastellakseen pintoja, jotka muistuttavat IPK:iden pintoja. Nämä pinnat poimivat kymmeniä mikrogrammoja hiilipohjaista ja elohopeaa sisältävää saastetta vuosikymmenessä. Ja vaikka muutama kymmenen mikrogrammaa ei ole paljon, sillä on merkitystä mitattaessa esimerkiksi radioaktiivisia aineita, Cumpson sanoi.
Hiili on todennäköisesti peräisin autojen pakokaasuista, kun taas elohopeakontaminaatio syntyi, koska laboratorioissa olevat elohopealla täytetyt lämpö- ja ilmapuntarit rikkoutuvat silloin tällöin.
Työryhmä havaitsi myös, että otsonin ja ultraviolettivalokäsittelyn käyttäminen pystyi hajottamaan hiiliatomien väliset sidokset pinnassa luotettavasti, mikä vei tasaisen määrän hiileen pohjautuvaa kontaminaatiota pois. Elohopea on kuitenkin luultavasti siellä jäädäkseen, Cumpson sanoi.
Vaikka muitakin menetelmiä on olemassa, ”UV-otsonimenetelmä on oikeastaan ainoa, joka on kilpailukykyinen manuaalisen hankauksen kanssa”, hän sanoi.
PERUSVAKIOT
Pitkällä aikavälillä useimmat tutkijat haluavat kuitenkin päästä pois kilogramman määrittelemisestä metallin kimpaleen perusteella. Sen sijaan sen pitäisi jotenkin perustua johonkin luonnon peruslakiin, Davis sanoi.
”Uskon, että määritelmä muuttuu seuraavien 5-10 vuoden aikana”, Davis sanoi LiveScience-sivustolle.
Yksi mahdollisuus on käyttää sähkömagneettista laitetta, joka tuottaa johdonmukaisesti saman suuruisen voiman, josta massa voidaan sitten laskea, Cumpson sanoi.
Toimittajan huomautus: Tämä artikkeli päivitettiin 7. tammikuuta kello 12.30 itäistä aikaa selventämään painon ja massan välistä eroa.
Seuraa LiveSciencea Twitterissä @livescience. Olemme myös Facebookissa & Google+.
Uudemmat uutiset