La comunidad científica examinó varios enfoques alternativos para redefinir el kilogramo antes de decidir una redefinición de las unidades base del SI en noviembre de 2018. Cada enfoque tenía ventajas y desventajas.
Antes de la redefinición, el kilogramo , y varias otras unidades SI basadas en el kilogramo, se definieron mediante un objeto metálico artificial llamado prototipo internacional del kilogramo . [1] Hubo un amplio acuerdo en que debería sustituirse la definición anterior de kilogramo.
El Comité Internacional de Pesos y Medidas (CIPM) aprobó una redefinición de las unidades base del SI en noviembre de 2018 que define el kilogramo al definir la constante de Planck como exactamente6.626 070 15 × 10 −34 kg⋅m 2 ⋅s −1 . Este enfoque define efectivamente el kilogramo en términos de segundo y metro , y entró en vigor el 20 de mayo de 2019. [1] [2] [3] [4]
En 1960, el metro, previamente definido de manera similar con referencia a una sola barra de platino-iridio con dos marcas, fue redefinido en términos de una constante física invariante (la longitud de onda de una emisión particular de luz emitida por el criptón , [5 ] y más tarde la velocidad de la luz ) para que el estándar se pueda reproducir de forma independiente en diferentes laboratorios siguiendo una especificación escrita.
En la 94ª Reunión del Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) en 2005, se recomendó que se hiciera lo mismo con el kilogramo. [6]
En octubre de 2010, el CIPM votó a favor de someter una resolución a la consideración de la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM), para "tomar nota de una intención" de que el kilogramo se defina en términos de la constante de Planck , h (que tiene dimensiones de energía por tiempo) junto con otras constantes físicas. [7] [8] Esta resolución fue aceptada por la 24ª conferencia de la CGPM [9] en octubre de 2011 y debatida en mayor profundidad en la 25ª conferencia de 2014. [10] [11] Aunque el Comité reconoció que se habían logrado avances significativos, llegaron a la conclusión de que los datos aún no parecían lo suficientemente sólidos para adoptar la definición revisada, y que el trabajo debería continuar para permitir la adopción en la 26a reunión, programada para 2018. [10] Tal definición permitiría teóricamente cualquier aparato que fuera capaz de delimitar el kilogramo en términos de la constante de Planck que se utilizará siempre que posea suficiente precisión, exactitud y estabilidad. El equilibrio de Kibble es una forma de hacer esto.
Como parte de este proyecto, se consideraron y exploraron una variedad de tecnologías y enfoques muy diferentes durante muchos años. Algunos de estos enfoques se basaron en equipos y procedimientos que habrían permitido la producción reproducible de nuevos prototipos de kilogramos de masa bajo demanda utilizando técnicas de medición y propiedades de los materiales que, en última instancia, se basan en constantes físicas o son trazables a ellas. Otros se basaron en dispositivos que midieron la aceleración o el peso de masas de prueba de kilogramos ajustadas a mano y que expresaron sus magnitudes en términos eléctricos a través de componentes especiales que permiten la trazabilidad a constantes físicas. Dichos enfoques dependen de convertir una medición de peso en una masa y, por lo tanto, requieren la medición precisa de la fuerza de la gravedad en los laboratorios. Todos los enfoques habrían fijado con precisión una o más constantes de la naturaleza en un valor definido.
Equilibrio de croquetas
La balanza Kibble (conocida como "balanza de vatios" antes de 2016) es esencialmente una balanza de un solo plato que mide la energía eléctrica necesaria para oponerse al peso de un kilogramo de masa de prueba cuando es arrastrado por la gravedad de la Tierra. Es una variación de una balanza de amperios , con un paso de calibración adicional que elimina el efecto de la geometría. El potencial eléctrico en la balanza Kibble está delineado por un estándar de voltaje de Josephson , que permite que el voltaje se vincule a una constante invariante de la naturaleza con una precisión y estabilidad extremadamente altas. La resistencia de su circuito está calibrada contra un estándar cuántico de resistencia de efecto Hall .
La balanza Kibble requiere una medición extremadamente precisa de la aceleración gravitacional local g en el laboratorio, utilizando un gravímetro . Por ejemplo, cuando la elevación del centro del gravímetro difiere de la de la masa de prueba cercana en la balanza de Kibble, el NIST compensa el gradiente de gravedad de la Tierra de 309 μGal por metro, que afecta el peso de una masa de prueba de un kilogramo en aproximadamente 316 μg / m.
En abril de 2007, la implementación de la balanza Kibble por parte del NIST demostró una incertidumbre estándar relativa combinada (CRSU) de 36 μg. [12] [Nota 1] La balanza Kibble del Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido demostró un CRSU de 70,3 μg en 2007. [13] Esa balanza Kibble fue desmontada y enviada en 2009 al Instituto de Normas Nacionales de Medición de Canadá (parte del Consejo Nacional de Investigación ) , donde podría continuar la investigación y el desarrollo con el dispositivo.
La gravedad y la naturaleza de la balanza Kibble, que hace oscilar las masas de prueba hacia arriba y hacia abajo contra la aceleración gravitacional local g , se aprovechan para comparar la potencia mecánica con la potencia eléctrica, que es el cuadrado del voltaje dividido por la resistencia eléctrica. Sin embargo, g varía significativamente, casi un 1%, según el lugar de la superficie de la Tierra que se realice la medición (consulte la gravedad de la Tierra ). También hay ligeras variaciones estacionales en g en un lugar debido a cambios en las capas freáticas subterráneas, y cambios más grandes cada dos meses y diurnos debido a las distorsiones de las mareas en la forma de la Tierra causadas por la Luna y el Sol. Aunque g no sería un término en la definición de kilogramo, sería crucial en el proceso de medición del kilogramo al relacionar energía con potencia. En consecuencia, g debe medirse con al menos tanta precisión y exactitud como los otros términos, por lo que las mediciones de g también deben ser rastreables a las constantes fundamentales de la naturaleza. Para el trabajo más preciso en metrología de masas, g se mide utilizando gravímetros absolutos de caída de masa que contienen un interferómetro láser de helio-neón estabilizado con yodo . La señal de franja , la salida de barrido de frecuencia del interferómetro se mide con un reloj atómico de rubidio . Dado que este tipo de gravímetro de masa descendente deriva su precisión y estabilidad de la constancia de la velocidad de la luz, así como de las propiedades innatas de los átomos de helio, neón y rubidio, el término 'gravedad' en la delimitación de un kilogramo totalmente electrónico también se mide en términos de invariantes de la naturaleza, y con una precisión muy alta. Por ejemplo, en el sótano de las instalaciones de Gaithersburg del NIST en 2009, al medir la gravedad que actúa sobre las masas de prueba de Pt-10Ir (que son más densas, más pequeñas y tienen un centro de gravedad ligeramente más bajo dentro de la balanza Kibble que las masas de acero inoxidable), el valor medido estaba típicamente dentro de 8 ppb de9.801 016 44 m / s 2 . [14]
La virtud de las realizaciones electrónicas como la balanza Kibble es que la definición y difusión del kilogramo ya no depende de la estabilidad de los prototipos de kilogramos, que deben manipularse y almacenarse con mucho cuidado. Libera a los físicos de la necesidad de confiar en suposiciones sobre la estabilidad de esos prototipos. En cambio, los patrones de masa de aproximación cercana ajustados a mano pueden simplemente pesarse y documentarse como equivalentes a un kilogramo más un valor de compensación. Con el Kibble balance, mientras que el kilogramo está delineado en términos eléctricos y de gravedad, todos los cuales son rastreables a invariantes de la naturaleza; se define de una manera que se puede atribuir directamente a tres constantes fundamentales de la naturaleza. La constante de Planck define el kilogramo en términos de segundo y metro. Al fijar la constante de Planck, la definición del kilogramo depende además sólo de las definiciones del segundo y del metro. La definición del segundo depende de una única constante física definida: la frecuencia de división hiperfina del estado fundamental del átomo de cesio-133 Δ ν ( 133 Cs) hfs . El metro depende del segundo y de una constante física definida adicional: la velocidad de la luz c . Con el kilogramo redefinido de esta manera, los objetos físicos como el IPK ya no forman parte de la definición, sino que se convierten en estándares de transferencia .
Las básculas como la balanza Kibble también permiten una mayor flexibilidad en la elección de materiales con propiedades especialmente deseables para estándares de masa. Por ejemplo, el Pt-10Ir podría seguir utilizándose para que el peso específico de los patrones de masa recién producidos sea el mismo que el de los patrones primarios y de control nacionales existentes (≈21,55 g / ml). Esto reduciría la incertidumbre relativa al realizar comparaciones de masas en el aire . Alternativamente, se podrían explorar materiales y construcciones completamente diferentes con el objetivo de producir patrones masivos con mayor estabilidad. Por ejemplo, las aleaciones de osmio- iridio podrían investigarse si la propensión del platino a absorber hidrógeno (debido a la catálisis de COV y solventes de limpieza a base de hidrocarburos) y el mercurio atmosférico demostraran ser fuentes de inestabilidad. Además, los recubrimientos cerámicos protectores depositados al vapor, como los nitruros, podrían investigarse para determinar su idoneidad para aislar químicamente estas nuevas aleaciones.
El desafío con las balanzas Kibble no es solo reducir su incertidumbre, sino también convertirlas en realizaciones verdaderamente prácticas del kilogramo. Casi todos los aspectos de las balanzas Kibble y su equipo de soporte requieren una tecnología de vanguardia tan extraordinariamente precisa y precisa que, a diferencia de un dispositivo como un reloj atómico, pocos países actualmente optarían por financiar su operación. Por ejemplo, la balanza Kibble del NIST utilizó cuatro estándares de resistencia en 2007, cada uno de los cuales se rotó a través del equilibrio Kibble cada dos a seis semanas después de ser calibrado en una parte diferente de las instalaciones de la sede del NIST en Gaithersburg, Maryland . Se descubrió que el simple hecho de mover los estándares de resistencia por el pasillo hasta la balanza Kibble después de la calibración alteraba sus valores en 10 ppb (equivalente a 10 μg) o más. [15] La tecnología actual es insuficiente para permitir un funcionamiento estable de las balanzas Kibble incluso entre calibraciones bianuales. Cuando la nueva definición entre en vigencia, es probable que solo haya unos pocos, como máximo, saldos de croquetas operando inicialmente en el mundo.
Enfoques alternativos para redefinir el kilogramo
Se exploraron varios enfoques alternativos para redefinir el kilogramo que eran fundamentalmente diferentes del balance de Kibble en diversos grados, y algunos se abandonaron. El proyecto Avogadro, en particular, fue importante para la decisión de redefinición de 2018 porque proporcionó una medición precisa de la constante de Planck que era consistente e independiente del método de balance de Kibble. [16] Los enfoques alternativos incluyeron:
Enfoques de conteo de átomos
Proyecto Avogadro
Otro enfoque basado en la constante de Avogadro, conocido como el Avogadro Coordinación Internacional 's proyecto Avogadro , sería definir y delinear el kilogramo como un 93,6 esfera diámetro mm de silicio átomos. Se eligió el silicio porque ya existe una infraestructura comercial con tecnología madura para crear silicio monocristalino ultrapuro sin defectos, el proceso Czochralski , para dar servicio a la industria de los semiconductores .
Para hacer una realización práctica del kilogramo, se produciría una bola de silicio (un lingote monocristalino en forma de varilla). Su composición isotópica se mediría con un espectrómetro de masas para determinar su masa atómica relativa promedio. La bola se cortaría, molería y puliría en esferas. El tamaño de una esfera seleccionada se mediría utilizando interferometría óptica con una incertidumbre de aproximadamente 0,3 nm en el radio, aproximadamente una sola capa atómica. El espaciado de red preciso entre los átomos en su estructura cristalina (≈ 192 pm) se mediría utilizando un interferómetro de rayos X de barrido . Esto permite determinar su espaciamiento atómico con una incertidumbre de solo tres partes por mil millones. Con el tamaño de la esfera, su masa atómica promedio y su espaciado atómico conocido, el diámetro de esfera requerido se puede calcular con suficiente precisión y baja incertidumbre para permitir que se termine puliendo hasta una masa objetivo de un kilogramo.
Se están realizando experimentos en las esferas de silicio del Proyecto Avogadro para determinar si sus masas son más estables cuando se almacenan en un vacío, un vacío parcial o presión ambiental. Sin embargo, actualmente no existen medios técnicos para demostrar una estabilidad a largo plazo mejor que la de los IPK, porque las mediciones de masa más sensibles y precisas se realizan con balanzas de doble plato como la balanza de banda de flexión FB-2 de BIPM (ver § Enlaces externos , más abajo). Las balanzas solo pueden comparar la masa de una esfera de silicio con la de una masa de referencia. Dado el conocimiento más reciente de la falta de estabilidad de masa a largo plazo con el IPK y sus réplicas, no existe ningún artefacto de masa perfectamente estable con el que comparar. Las básculas de un solo plato , que miden el peso en relación con un invariante de la naturaleza, no son precisas para la incertidumbre necesaria a largo plazo de 10 a 20 partes por mil millones. Otro problema a superar es que el silicio se oxida y forma una capa delgada (equivalente a 5-20 átomos de silicio de profundidad) de dióxido de silicio ( cuarzo ) y monóxido de silicio . Esta capa aumenta ligeramente la masa de la esfera, efecto que debe tenerse en cuenta al pulir la esfera hasta su tamaño final. La oxidación no es un problema con el platino y el iridio, los cuales son metales nobles que son aproximadamente tan catódicos como el oxígeno y, por lo tanto, no se oxidan a menos que se los convenza en el laboratorio. La presencia de la capa delgada de óxido en un prototipo de masa de esfera de silicio impone restricciones adicionales sobre los procedimientos que podrían ser adecuados para limpiarlo para evitar cambiar el espesor de la capa o la estequiometría del óxido .
Todos los enfoques basados en silicio fijarían la constante de Avogadro, pero variarían en los detalles de la definición del kilogramo. Un enfoque usaría silicio con sus tres isótopos naturales presentes. Aproximadamente el 7,78% del silicio comprende los dos isótopos más pesados: 29 Si y 30 Si. Como se describe en § Carbono-12 a continuación, este método definiría la magnitud del kilogramo en términos de un cierto número de átomos de 12 C fijando la constante de Avogadro; la esfera de silicio sería la realización práctica . Este enfoque podría delinear con precisión la magnitud del kilogramo porque las masas de los tres nucleidos de silicio en relación con 12 C se conocen con gran precisión (incertidumbres relativas de 1 ppb o mejor). Un método alternativo para crear un kilogramo basado en esferas de silicio propone utilizar técnicas de separación isotópica para enriquecer el silicio hasta que sea casi puro 28 Si, que tiene una masa atómica relativa de 27,976 926 5325 (19) . [17] Con este enfoque, la constante de Avogadro no solo sería fija, sino también la masa atómica de 28 Si. Como tal, la definición del kilogramo se desacoplaría de 12 C y el kilogramo se definiría en su lugar como1000/27.976 926 5325 ⋅ 6.022 141 79 × 10 23 átomos de 28 Si (≈35.743 740 43 moles fijos de 28 átomos de Si). Los físicos podrían optar por definir el kilogramo en términos de 28 Si incluso cuando los prototipos de kilogramos están hechos de silicio natural (los tres isótopos presentes). Incluso con una definición de kilogramo basada en 28 Si teóricamente puro , un prototipo de esfera de silicio hecho de solo 28 Si casi puro se desviaría necesariamente ligeramente del número definido de moles de silicio para compensar diversas impurezas químicas e isotópicas, así como el efecto de óxidos superficiales. [18]
Carbono-12
Aunque no ofrece una realización práctica, esta definición definiría con precisión la magnitud del kilogramo en términos de un cierto número de átomos de carbono-12 . El carbono-12 ( 12 C) es un isótopo del carbono. El mol se define actualmente como "la cantidad de entidades (partículas elementales como átomos o moléculas) igual al número de átomos en 12 gramos de carbono-12". Por lo tanto, la definición actual de mole requiere que 1000/12 los lunares 83+1/3 mol) de 12 C tiene una masa de exactamente un kilogramo. El número de átomos en un mol, una cantidad conocida como constante de Avogadro , se determina experimentalmente, y la mejor estimación actual de su valor es6.022 140 76 × 10 23 entidades por mol. [19] Esta nueva definición del kilogramo propuso fijar la constante de Avogadro en precisamente6.022 14 X × 10 23 mol −1, definiéndose el kilogramo como "la masa igual a la de1000/12 ⋅ 6.022 14 X × 10 23 átomos de 12 C ".
La precisión del valor medido de la constante de Avogadro está actualmente limitada por la incertidumbre en el valor de la constante de Planck . Esa incertidumbre estándar relativa ha sido de 50 partes por mil millones (ppb) desde 2006. Al fijar la constante de Avogadro, el efecto práctico de esta propuesta sería que la incertidumbre en la masa de un átomo de 12 C, y la magnitud del kilogramo, podría no sea mejor que la incertidumbre actual de 50 ppb en la constante de Planck. Según esta propuesta, la magnitud del kilogramo estaría sujeta a refinamientos futuros a medida que se disponga de mediciones mejoradas del valor de la constante de Planck; Las realizaciones electrónicas del kilogramo se recalibrarían según se requiera. Por el contrario, una definición electrónica del kilogramo (ver § Aproximaciones electrónicas , más abajo), que fijaría con precisión la constante de Planck, continuaría permitiendo 83+1/3moles de 12 C para tener una masa de exactamente un kilogramo, pero el número de átomos que comprenden un mol (la constante de Avogadro) continuaría sujeto a refinamiento futuro.
Una variación de una definición basada en 12 C propone definir la constante de Avogadro como exactamente84 446 889 3 (≈ 6.022 141 62 × 10 23 ) átomos. Una realización imaginaria de un prototipo de masa de 12 gramos sería un cubo de 12 átomos de C midiendo con precisión84 446 889 átomos de ancho en un lado. Con esta propuesta, el kilogramo se definiría como "la masa igual a84 446 889 3 × 83+1/3átomos de 12 C. " [20] [Nota 3]
Acumulación de iones
Otro enfoque basado en Avogadro, la acumulación de iones , desde que se abandonó, habría definido y delimitado el kilogramo mediante la creación precisa de nuevos prototipos de metal bajo demanda. Lo habría hecho acumulando iones de oro o bismuto (átomos despojados de un electrón) y contándolos midiendo la corriente eléctrica necesaria para neutralizar los iones. Se eligieron oro ( 197 Au) y bismuto ( 209 Bi) porque pueden manipularse con seguridad y tienen las dos masas atómicas más altas entre los elementos mononuclídicos que son estables (oro) o efectivamente (bismuto). [Nota 4] Ver también Tabla de nucleidos .
Con una definición del kilogramo basada en oro, por ejemplo, la masa atómica relativa del oro podría haberse fijado con tanta precisión 196.966 5687 , a partir del valor actual de196,966 5687 (6) . Al igual que con una definición basada en el carbono-12, la constante de Avogadro también se habría fijado. El kilogramo se habría definido entonces como "la masa igual a la de precisamente1000/196.966 5687 ⋅ 6.022 141 79 × 10 23 átomos de oro "(precisamente 3,057,443,620,887,933,963,384,315 átomos de oro o aproximadamente5.077 003 71 moles fijos).
En 2003, los experimentos alemanes con oro a una corriente de solo 10 μA demostraron una incertidumbre relativa del 1,5%. [22] Se esperaba que los experimentos de seguimiento que usaban iones de bismuto y una corriente de 30 mA acumularan una masa de 30 g en seis días y tuvieran una incertidumbre relativa mejor que 1 ppm. [23] En última instancia, los métodos de acumulación de iones resultaron inadecuados. Las mediciones requirieron meses y los datos resultaron demasiado erráticos para que la técnica se considere un reemplazo futuro viable del IPK. [24]
Entre los muchos desafíos técnicos del aparato de deposición de iones estaba obtener una corriente de iones suficientemente alta (tasa de deposición de masa) mientras simultáneamente desaceleraban los iones para que todos pudieran depositarse en un electrodo objetivo incrustado en una bandeja de equilibrio. Los experimentos con oro mostraron que los iones tenían que desacelerarse a energías muy bajas para evitar los efectos de la pulverización catódica , un fenómeno por el cual los iones que ya habían sido contados rebotan en el electrodo objetivo o incluso desprendían átomos que ya habían sido depositados. La fracción de masa depositada en los experimentos alemanes de 2003 solo se acercó mucho al 100% a energías iónicas de menos de alrededor de1 eV (< 1 km / s para el oro). [22]
Si el kilogramo se hubiera definido como una cantidad precisa de átomos de oro o bismuto depositados con una corriente eléctrica, no solo se tendría que haber fijado con precisión la constante de Avogadro y la masa atómica de oro o bismuto, sino también el valor de la carga elemental. ( e ), probablemente1,602 17 X × 10 −19 C (del valor recomendado actualmente de1,602 176 634 × 10 -19 C [25] ). Hacerlo habría definido efectivamente el amperio como un flujo de 1/1,602 17 X × 10 −19electrones por segundo que pasan por un punto fijo en un circuito eléctrico. La unidad de masa del SI se habría definido por completo al haber fijado con precisión los valores de la carga elemental y constante de Avogadro, y al explotar el hecho de que las masas atómicas de los átomos de bismuto y oro son constantes universales e invariantes de la naturaleza.
Más allá de la lentitud para elaborar un nuevo estándar de masa y la escasa reproducibilidad, había otras deficiencias intrínsecas del enfoque de acumulación de iones que demostraron ser obstáculos formidables para que las técnicas basadas en la acumulación de iones se convirtieran en una realización práctica. El aparato requería necesariamente que la cámara de deposición tuviera un sistema de equilibrio integral para permitir la calibración conveniente de una cantidad razonable de patrones de transferencia en relación con cualquier prototipo único de depósito de iones internos. Además, los prototipos en masa producidos por técnicas de deposición de iones no habrían sido nada como los prototipos independientes de platino-iridio actualmente en uso; se habrían depositado en un electrodo incrustado en una bandeja de una balanza especial integrada en el dispositivo y se habrían convertido en parte de él. Además, la masa depositada por iones no habría tenido una superficie dura y muy pulida que se pueda limpiar enérgicamente como las de los prototipos actuales. El oro, aunque es un metal denso y noble (resistente a la oxidación y a la formación de otros compuestos), es extremadamente blando, por lo que un prototipo de oro interno tendría que mantenerse bien aislado y escrupulosamente limpio para evitar la contaminación y el potencial de desgaste por tener que quitarlo. la contaminación. El bismuto, que es un metal económico utilizado en soldaduras a baja temperatura, se oxida lentamente cuando se expone al aire a temperatura ambiente y forma otros compuestos químicos, por lo que no habría producido masas de referencia estables a menos que se mantuviera continuamente en vacío o atmósfera inerte.
Fuerza basada en amperios
Este enfoque definiría el kilogramo como "la masa que se aceleraría exactamente a 2 × 10 −7 m / s 2 cuando se somete a la fuerza por metro entre dos conductores paralelos rectos de longitud infinita, de sección circular despreciable, colocados a un metro de distancia en el vacío, a través de los cuales fluye una corriente constante de 1/1,602 17 × 10 −19 cargas elementales por segundo ".
Efectivamente, esto definiría al kilogramo como una derivada del amperio en lugar de la relación actual, que define al amperio como una derivada del kilogramo. Esta redefinición del kilogramo especificaría la carga elemental ( e ) exactamente 1.602 17 × 10 −19 culombios en lugar del valor recomendado actual de1.602 176 634 × 10 -19 C . [25] Se seguiría necesariamente que el amperio (un culombio por segundo) también se convertiría en una corriente eléctrica de esta cantidad precisa de cargas elementales por segundo que pasa por un punto dado en un circuito eléctrico. La virtud de una realización práctica basada en esta definición es que, a diferencia de la balanza Kibble y otros métodos basados en escalas, todos los cuales requieren la caracterización cuidadosa de la gravedad en el laboratorio, este método delinea la magnitud del kilogramo directamente en los mismos términos que definir la naturaleza de la masa: aceleración debida a una fuerza aplicada. Desafortunadamente, es extremadamente difícil desarrollar una realización práctica basada en masas aceleradas. Los experimentos durante un período de años en Japón con una masa superconductora de 30 g sostenida por levitación diamagnética nunca lograron una incertidumbre mejor que diez partes por millón. La histéresis magnética fue uno de los problemas limitantes. Otros grupos realizaron investigaciones similares que utilizaron diferentes técnicas para levitar la masa. [26] [27]
Notas
- ^ La incertidumbre estándar relativa combinada (CRSU) de estas mediciones, como con todas las demás tolerancias e incertidumbres en este artículo, a menos que se indique lo contrario, está en una desviación estándar (1 σ ), lo que equivale a un nivel de confianza de aproximadamente 68%; es decir, el 68% de las medidas se encuentran dentro de la tolerancia indicada.
- ^ La esfera que se muestra en la fotografía tiene un valor de redondez (pico a valle en el radio) de 50 nm. Según ACPO, mejoraron eso con una falta de redondez de 35 nm. En la esfera de93,6mm de diámetro, una falta de redondez de 35 nm (desviación de ± 17,5 nm del promedio) es una redondez fraccionaria (∆ r / r ) =3,7 × 10 −7 . Escalado al tamaño de la Tierra, esto equivale a una desviación máxima del nivel del mar de solo 2,4 m. La redondez de esa esfera ACPO es superada solo por dos de los cuatrorotores de giroscopio de cuarzo fundido que vuelan en Gravity Probe B , que se fabricaron a fines de la década de 1990 y se les dio su figura final en el Laboratorio de Física Experimental WW Hansen en la Universidad de Stanford . En particular, "Gyro 4" está registrado en labase de datos Guinness de récords mundiales (su base de datos, no en su libro) como el objeto más redondo del mundo creado por el hombre. Según un informe publicado ( PDF de 221 kB, aquí Archivado el 27 de febrero de 2008 en Wayback Machine ) y el coordinador de asuntos públicos de la GP-B en la Universidad de Stanford, de los cuatro giroscopios a bordo de la sonda, el Gyro 4 tiene una ondulación de superficie máxima desde una esfera perfecta de 3.4 ± 0.4 nm en la esfera de38.1mm de diámetro, que es un ∆ r / r =1,8 × 10 −7 . Escalado al tamaño de la Tierra, esto equivale a una desviación del tamaño de América del Norte que se eleva lentamente fuera del mar (en terrazas de capa molecular de 11,9 cm de altura), alcanzando una elevación máxima de 1,14 ± 0,13 m en Nebraska, y luego gradualmente descendiendo hasta el nivel del mar en el otro lado del continente.
- ^ La propuesta originalmente era redefinir el kilogramo como la masa de84 446 886 3 átomos de carbono-12. [21] El valorSe eligió 84 446 886 porque tiene una propiedad especial; su cubo (el nuevo valor propuesto para la constante de Avogadro) es divisible por doce. Así, con esa definición del kilogramo, habría habido un número entero de átomos en un gramo de 12 C:50 184 508 190 229 061 679 538 átomos. La incertidumbre en la constante de Avogadro se ha reducido considerablemente desde que esta propuesta se envió por primera vez a American Scientist para su publicación. El valor CODATA de 2014 para la constante de Avogadro (6.022 140 857 (74) × 10 23 ) tiene una incertidumbre estándar relativa de 12 partes por mil millones y la raíz cúbica de este número es84 446 885 .41 (35) , es decir, no hay números enteros dentro del rango de incertidumbre.
- ^ En 2003, el mismo año en que se llevaron a cabo los primeros experimentos de deposición de oro, los físicos descubrieron que el único isótopo natural del bismuto, 209 Bi, es en realidad muy ligeramente radiactivo , con la vida media radiactiva más larga conocidade cualquier elemento natural que se encuentre decae a través de la radiación alfa - una vida media de(19 ± 2) × 10 18 años . Como esta es 1.400 millones de veces la edad del universo, 209 Bi se considera un isótopo estable para la mayoría de las aplicaciones prácticas (aquellas no relacionadas con disciplinas como la nucleocosmocronología y la geocronología ). En otros términos,99.999 999 983 % del bismuto que existía en la Tierra hace 4.567 mil millones de años todavía existe en la actualidad. Solo dos elementos mononuclídicos son más pesados que el bismuto y solo uno se acerca a su estabilidad: el torio . Considerado durante mucho tiempo como un posible reemplazo del uranio en los reactores nucleares, el torio puede causar cáncer cuando se inhala porque es más de 1.200 millones de veces más radiactivo que el bismuto. También tiene una tendencia tan fuerte a oxidarse que sus polvos son pirofóricos . Estas características hacen que el torio no sea adecuado en experimentos de deposición de iones. Ver también Isótopos de bismuto , Isótopos de oro e Isótopos de torio .
Referencias
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