Kilogram sắp được định nghĩa lại?

Các nhà khoa học chuyên nghiên cứu về khối lượng và các đơn vị đo đã phát triển một phương pháp mô tả kg bằng cách đo số lượng chính xác của các nguyên tử trong một mảnh silicon. Họ hy vọng, nó sẽ khắc phục được sự thay đổi dần dần về khối lượng của Vật mẫu kg quốc tế hiện đang được dùng như mốc tham chiếu cơ bản cho đơn vị đo lường trọng lượng khắp thế giới.

Theo thời gian, vật mẫu hình trụ, vốn cấu tạo gồm 90% bạch kim và 10% iridium, đã mất lượng nhỏ kim loại do sự xói mòn cũng như quá trình đóng gói và chuyên chở nó. Cân nặng của mẫu kg tiêu chuẩn đã giảm 0,0001g, tức là tương đương trọng lượng của một hạt bụi, trong thế kỷ qua, đồng nghĩa với việc nó sẽ trở nên kém chính xác hơn.

Các nhà nghiên cứu hiện khám phá ra rằng, họ có thể tạo ra một cách xác định kg chính xác, đáng tin cậy và cũng không thay đổi thông qua sử dụng các đại lượng toán học.

Tiến sĩ Giovanni Mana đến từ Viện nghiên cứu Hệ thống đo lường quốc gia Italia và các cộng sự đã phát triển định nghĩa mới bằng cách tính toán một hằng số toán học, gọi là số Avogadro - số lượng nguyên tử hoặc phân tử trong một thể tích vật chất nhất định. Con số mà họ tìm ra "lớn đến không với tới được" - 602,214129 một triệu lũy thừa sáu (hoặc 602 với 21 số 0), lớn hơn rất nhiều so với số lượng hạt cát trên Trái đất hoặc số ngôi sao trong vũ trụ.

Nó cho phép số nguyên tử silicon trong 1kg được tính với độ chính xác trong phạm vi xấp xỉ 20 nguyên tử mỗi tỉ, thông qua định nghĩa nó có liên quan đến số Avogadro. Số này sau đó được gắn với một hằng số toán khác gọi là hằng số Planck, vốn được dùng để mô tả hành vi của các hạt lượng tử.

Cả 2 con số trên cần phải khớp với nhau.

Định nghĩa mới, nếu được công nhận, có thể cho phép các nhà khoa học thay đổi cách họ xác định 1kg sau nhiều thập kỷ nghiên cứu.

Được đề xuất lần đầu tiên năm 1795, kg ban đầu được xác định nhờ sử dụng trọng lượng của nước trong một khối lập phương có thể tích 10cm3 ở điểm tan chảy của nước. Năm 1799, cách xác định này được thay đổi, dựa vào một mảnh bạch kim, nhưng sau đó, kg được định nghĩa là khối lượng của một khối hình trụ 39,7mm cấu tạo gồm 90% bạch kim và 10% iridium.

Tất cả các cách tính toán kg khác hiện đều dựa vào khối kim loại có kích thước tương đương quả bóng golf này, vốn đang được lưu giữ tại Văn phòng các đơn vị đo trọng lượng và hệ thống đo quốc tế gần Sevres, gần Paris.

Theo tiến sĩ Mana, định nghĩa mới về kg rốt cuộc sẽ giải phóng các nhà khoa học khỏi việc phải sử dụng một vật thể nhất định nằm dưới sự quản lý của nhà chức trách pháp. Ông nhấn mạnh: "Trong khoa đo lường, điều quan trọng là đảm bảo tính độc lập và dân chủ, tránh sự độc tài của một quốc gia hoặc phòng thí nghiệm đơn lẻ".

Kg hiện là đơn vị đo lường tiêu chuẩn duy nhất còn dựa vào một đồ tạo tác vật chất. Các đơn vị khác, chẳng hạn như mét và giây đã được định nghĩa mà không cần tham chiếu đến một đồ vật cụ thể. Chẳng hạn như, 1 mét ban đầu được định nghĩa vào năm 1793 là 10/triệu khoảng cách từ xích đạo tới cực Bắc, nhưng hiện nó được định nghĩa là 1/299792458 khoảng cách ánh sáng di chuyển trong một môi trường chân không trong 1 giây.

Định nghĩa mới về kg hiện vẫn cần phải nhận được sự phê chuẩn của các nhà khoa học tại Hội nghị toàn thể về các số đo trọng lượng và hệ thống đo lường quốc tế diễn ra trong thời gian tới.