Самый круглый предмет в мире

Сделанная из очень дорогого кристалла кремния-28 и тщательно проанализированная на предмет несовершенства как людьми, так и компьютерами, эта «почти идеальная» сфера является самым круглым предметом в мире.

Поверхность самого круглого предмета в мире настолько гладкая, что если бы мы увеличили его до размеров нашей планеты, то разница между самым высоким пиком и самой низкой долиной составила бы от 3 до 4,5 метра. Когда учёные только начали создавать такие удивительные сферы, она достигала 15 метров, однако современные технологии помогают сгладить даже самые мелкие неровности. Тем не менее, создание такого чуда обходится недёшево. Кремниевый кристалл стоит около одного миллиона долларов, а сама сфера – хотя её и называют бесценной – примерно 3,5 миллиона долларов.

Но зачем тратить такие огромные деньги на создание самого круглого предмета в мире? Очевидно, это была попытка решить давнюю проблему, связанную с определением килограмма. Другие научные единицы измерения можно определить, исходя из присущих им природных свойств, однако с килограммом ситуация обстоит иначе.

Например, секунда – это время перехода атома между двумя уровнями энергии. Метр – это расстояние, которое свет преодолевает за долю секунды. Тем не менее, килограмм всегда связан с конкретным физическим объектом. В 1799 году его определили как массу одного литра воды при 4 градусах Цельсия. Затем, в 1899 году, он превратился в массу цилиндра из платины и иридия, который находится в надёжном хранилище в Международном бюро мер и весов в Париже.

Однако была одна проблема. В какой-то момент учёные обнаружили, что масса цилиндра постоянно меняется по неизвестным причинам. Что ещё хуже, все сорок реплик данного предмета, которые хранились в разных средах, весили неодинаково. Таким образом, килограмм был непостоянной величиной, и это представляло собой серьёзную проблему.

Именно её и намеревались решить люди, запустившие проект «Авогадро». Идея состояла в том, чтобы вычислить количество атомов в сфере из кремния-28 с помощью лазера для измерения диаметра. Это было нужно для того, чтобы сначала определить число Авогадро, а затем – килограмм. Таким образом, объект, выбранный для определения килограмма, должен, по сути, оставаться неизменным с течением времени.

Руководители проекта «Авогадро» объединились с исследователями из Центра прецизионной оптики, чтобы создать почти безупречную сферу из кремния-28. После того как из кремниевого кристалла была получена гладкая сфера, лазеры с компьютерным управлением сканировали её на предмет малейших отклонений, а мастер по изготовлению линз потратил несколько сотен часов на то, чтобы исправить их. С дельтой округлости менее 50 нанометров при диаметре 93,6 мм сфера считается самым круглым предметом на Земле.

Увы, проект «Авогадро» не смог изменить способ определения килограмма. Начиная с 2019 года, килограмм определяется в терминах секунды и метра, которые основаны на фиксированных фундаментальных константах природы. Но это был ещё не конец для самого круглого объекта в мире.

Удивительная сфера обрела новый дом благодаря Heason Technology, британскому производителю точных сервоэлектрических приводов, систем позиционирования и решений для управления движением. В настоящее время она используется для проектирования, сборки и тестирования новой техники.

- Источник