Shkencë

Kilogrami vdiq. Rroftë kilogrami!

Një sferë një kilogramëshe me kristal të vetëm silikoni, një nga objektet më sferike që njeriu ka bërë ndonjëherë në botë. Objekti ka ndihmuar për të ripërkufizuar një kilogram në termat e numrit të atomeve që përmban. Kredit: Matt Roth, The New York Times

 Qysh prej vitit 1889, Le Grand K, një cilindër i hollë me metal platin-iridium, ka mbretëruar nga kupola e tij e nëndheshme, në Paris. Një monark absolut, ishte përkufizimi i vërtetë i një kilogram mase. Shkencëtarët nga e gjithë bota kanë bërë pelegrinazhe tek ai, duke sjellë me vete standardet e veta kombëtare të kilogramit për të peshuar në krahasim dhe për t’i ndrequr sipas tij. “Kjo anije mëmë nuk gabohet kurrë”, ka thënë Robert Vocke Jr., kimist në Institutin Kombëtar të Standardeve dhe Teknologjisë në Gajtersburg, MD.


Jo më. Disa ditë më parë, në një qendër të vogël konferencash i vendosur pak hapa larg Pallatit të Versajës, disa dhjetëra shtete votuan për ta rrëzuar nga froni Le Grand K dhe për të ripërkufizuar kilogramin dhe tre njësi të tjera standarde të matjeve: amperin, për rrymën elektrike, kelvinin, për temperaturën dhe molin, që përshkruan sasinë e substancës kimike.
Votimi realizon një ëndërr të shekullit të 18-të. Për pasojë, të shtatë njësitë në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive, nuk do të përkufizohen më me objekte materiale, por vetëm me konstante abstrakte të natyrës. “Ky hark i historisë nisi përpara Revolucionit Francez dhe tani, mendoj se i shkuam në fund udhëtimit”, ka thënë Stephan Schlamminger, fizikan i N.I.S.T. “Demokratizimi i njësive”, ka thënë ai, është tanimë i plotë.


Ky sistem lindi në fillim të shekullit të 18-të me vetëm metrin dhe kilogramin. Ideja ishte të standardizoheshin njësitë bazike të tregtisë dhe matjeve shkencore. Në fund të fundit, që një kilogram monedhash ari të mbajë vlerën universale, të gjithë duhet të bien dakord në përkufizimin e saktë të një kilogrami. Nga viti 1875, 17 shtete kanë firmosur Traktatin e Metrit në Paris, që vendosi standardet ndërkombëtare për metrin dhe kilogramin. Metri u përkufizua si një distancë mes dy gërvishtjesh në një kallëp të shenjtë prej metali platin-iridiumi. Kilogrami standard ishte Le Grand K. Dy artefaktet do të duhet të ruheshin nën çelës, në Byronë Ndërkombëtare të Peshave dhe Matjeve, me kopje të shpërndara në vende të ndryshme.

Konferenca mbi Peshat dhe Matjet, ishin dhe dy instrumentet kyç të ripërkufizimit të kilogramit: një sferë prej kristali silikoni dhe një peshore Kibble. Kredit: Matt Roth për The New York Times

Por nuk ndodhi kështu. Një objekt fizik mund të gërvishtet, cifloset apo edhe shkatërrohet. Shkencëtarët nisën të ëndërrojnë për njësitë standarde të matjes që do të mbeten përgjithnjë konstante – standarde me përkufizime të ndërtuara nga lënda e universit. Metri e arriti staturën e vet më 1983-shin, kur u përkufizua në terma të konstantes universale të shpejtësisë së dritës. Shkencëtarët kanë vlerësuar për shekuj shpejtësinë e dritës, por vetëm më 1970-ën, me eksperimentet që përfshinin laserët në vakum, u përcaktua me një numër: saktësisht 299,792,458 metra për sekondë. Metri u përkufizua sipas kësaj, sa distanca e përshkuar nga një thërrmijë drite në 1/299,792,458 –n e sekondës. (Sekonda, një tjetër njësi themelore, është përkufizuar qysh prej vitit 1967, sa sasia e kohës që i duhet një atomi cesium -133 të vibrojë 9,192,631,770 herë.) Në fakt, një metër nuk kishte më nevojë të matej; tani mund të kërkohet, në emër të metrologjisë.

Rënia e kilogramit
Në vitin 1990, metrologët zbuluan se, Le Grand K, në mënyrë të mistershme, ishte bërë më i lehtë sesa gjashtë kopjet e tij zyrtare, me afro 50 mikrogramë. Standardi i kilogramit ishte në telash dhe misioni për të ripërkufizuar kërkoi një nivel të ri emergjence. Gjatë viteve, dy mundësi u paraqitën për të matur masën e saktë të një kilogrami; në terma të forcës elektromagnetike, ose në terma të numrave specifikë të atomeve në masën e tij. Por ashtu si metri përpara 1983-shit, asnjë nga këto ide eksperimentale nuk lidhej me kilogramin me një konstante thelbësore. Ajo lidhje u shfaq në formën e të ashtuquajturës konstantja e Plankut, që këmben gjatësinë e valës makroskopike të dritës me energjinë e fotoneve individuale të dritës. Vetëm eksperimentet shumë të kujdesshme mund të sigurojnë një numër të gjithëpranuar për konstanten e Plankut, duke shtruar rrugën për të realizuar kilogramin nga përkufizimi i tij i ri.

“Nëse nuk e bën dot, përkufizimi është i padobishëm”, ka thënë Ian Robinson, fizikan në Laboratorin Kombëtar Fizik, në Londër. Peshorja Kibble e NIST-4 angazhon elektromagnetizmin në vend të gravitetit për të matur saktë masën e një objekti. Kredit:Matt Roth për The New York Times

Një metodë për ripërkufizimin e kilogramit del nga përpjekja për të kuptuar më mirë amperin, matjen standarde të rrymës elektrike. Më 1975-ën, Bryan Kibble-it, një fizikan në Laboratorin Kombëtar Fizik, në Londër, iu dha puna e palakmueshme e përmirësimit të një instrumenti të quajtur peshorja e amperit. Pajisja mund të maste rrymën elektrike në termat e peshës, por dobët. “Ishte si të punoje me djallin” , ka thënë Anne Kibble, një shkencëtare e dalë në pension dhe vejusha e Dr.Kibble-it, i cili u nda nga jeta më 2016-ën. Dr. Kibble ëndërronte një aparat të ndryshëm, të riemërtuar peshorja Kibble pas vdekjes së tij, që eliminoi shumë nga burimet e pasaktësive dhe gabimeve që kishin pllakosur origjinalin. “Të gjitha vështirësitë u shkrinë”, ka thënë Dr.Robinson, i cili ka punuar pranë Dr.Kibble. Së bashku, ata, ndërtuan të parën peshore Kibble, të emërtuar Mark I e NLP-së, në vitet 1970. Thuajse në të njëjtën kohë, fizikanët diku gjetkë zbuluan efektet e reja të mekanikës kuantike, që lidheshin me konstanten e Plankut, me voltazh elektrik dhe rezistencë. Instrumenti i Dr.Kibble-it, i shpikur si një mënyrë për të matur rrymën elektrike në termat e peshës, u bë një mënyrë edhe për të matur konstanten e Plankut. Ashtu si edhe me eksperimentet që matnin shpejtësinë e dritës, me t’u matur konstantja e Plankut me saktësi të skajshme dhe dakordësi, roli i peshores Kibble mund të rezervohet, për të përkufizuar kilogramin në terma elektromagnetikë.

Përfaqësuesit e 58 shteteve votuan në mënyrë unanime për të përkufuzuar katër njësitë bazike të matjes: kilogramin, molin,kelvinin dhe amperin. Mes tyre ishte edhe Klaus von Klitzing, në radhën e parë, që fotografonte, zbulues i konstantes von Klitzing më 1980-ën, për të cilën mori edhe një çmim Nobel. Foto: Matt Roth për The New York Times

Në vitet ’90, disa qindra milje në lindje, Horst Bettin, një fizikan në Physikalisch-Technische Bundesanstalt në Gjermani, po punonte për të realizuar kilogramin në një mënyrë krejt të ndryshme, duke numëruar atomet. Një tjetër njësi standarde e përdorur nga shkencëtarët, moli, përshkruar thjesht, sa thërrmija përmban një sasi e dhënë mase. Dr.Bettin zbuloi se nëse mund të krijonte një kristal jashtëzakonisht të përsosur silikoni – ultra të pastër, sferik dhe me një strukturë shumë të rregullt atomike – që peshonte saktësisht një kilogram, dhe të numëronte atomet me njësitë e molit, ai mund të përkufizonte kështu një kilogram si një numër specifik atomesh silikoni. “Kjo ishte ideja jonë”, ka thënë Dr.Bettin. “Mund të jetë shumë më e thjeshtë sesa konstantja e Plankut.” Në fakt, Dr.Bettin ka kryer një eksperiment që mund të maste saktë konstanten e njohur si numri i Avogadros, që për shumë vite ka diktuar se një mol i një substance përmban 6.022 × 10^23 thërrmija si elektrone, atome, jone, ose molekula. Numri i Avogadros është vlerësuar, por ashtu si edhe shpejtësia e dritës, kurrë e matur saktë apo e dakordësuar. (Ndërsa sot, konstantja e Avogadros u caktua me vlerën e 6.02214076 × 10^23.) Ajo që është më e rëndësishme është se konstantja e Avogadros dhe ajo e Plankut janë të ndërthurura në ligjet e fizikës. Duke matur konstanten e Avogadros, Dr.Bettin-i mund të derivojë konstanten e Plankut. Dhe me matjen e saktë të konstantes së Plankut, ai mund të bëjë të vlefshme rezultatet e punës së Dr.Kibble-it dhe anasjelltas.

Një trashëgimtar për fronin

Stephan Schlammingerfizikan në Institutin Kombëtar për Standardet dhe Teknologjinë, që sheh të peshohet kapakun e dhomës së vakumit nga Peshorja Kibble. Foto: Matt Roth për The New York Times

Por kilogrami nuk mund të përkufizohet derisa shkencëtarët të kenë nxjerrë të njëjtën përgjigje për konstantet e Plankut dhe Avogadros brenda shtatë numrave dhjetorë. “Atë që quajmë “matje” është një vlerësim”, thotë Dr. Schlamminger. “Në fakt mund të përafrohet vlera e vërtetë. Vlerën e vërtetë, vetëm universi e di.”Për këtë arritje u deshën njëzet vjet. Më 2008-ën NLP-ja mbylli përpjekjet e peshores kibble dhe ia shiti instrumentet këshillit të Kërkimit Kombëtar të Kanadasë. Në vitin 2014, peshoret Kibble nga N.I.S.T. dhe këshilli kanadez prodhuan shifra për konstantet e Plankut dhe Avogadros që ranë dakord me rezultatet nga puna e Dr.Bettin-it, për herë të parë. “Është vërtet një mrekulli, sepse janë krejt të ndryshme”, ka thënë Dr.Bettin, duke iu referuar dy eksperimenteve. “Ato nuk kanë asgjë të përbashkët.”

Një kilogram prototip K4, i prodhuar më 1889 na i njëjti stok aliazhi platin-iridium si prototipi ndërkombëtar i kilogramit. Kilogrami prototip K102, u prodhua më 2013-ën. Kredit: Matt Roth për The New York Times

Anne Kibble ka thënë për të shoqin, “Mendoj se do të kishte qenë shumë i lumtur që dha fryte. Jam e bindur për këtë. Sundoi të gjithë jetën e tij.” Votimi çimenton vlerat e konstanteve të Plankut dhe Avogadros dhe e çliron kilogramin nga forma e tij tokësore. Katër përkufizimet e reja – për kilogramin, amperin, kelvinin dhe molin – do të hyjnë në fuqi pas Ditës Botërore të Metrologjisë, më 20 maj. Ku kalim do të ndihet vetëm në kufijtë e shkencës dhe teknologjisë; bota e përditshme nuk do ta vërejë.“Ata nuk duhet ta vërejnë, sepse nëse e bëjnë, i bie të mos e kemi bërë si duhet punën tonë”, ka thënë Dr.Robinson. Le Grand K do të bashkohet me homologun, kallëpin e metrit, në arkivat e metrologjisë. Dr.Bettin do të dalë në pension vitin që vjen. Dr. Schlamminger ia ka vënë syrin G-së së madhe, konstantes së Rëndesës. “Nëse na pëlqen të matin gjëra”, ka thënë ai “ka me tonelata atje jashtë që mund të maten.”

New York Time

 

Më Shumë