Quando o quilograma, a unidade básica de massa do mundo, obtém uma nova definição em 2018, será baseado não em um artefato físico, mas em uma constante da natureza. Contudo, os pesquisadores ainda precisarão "perceber" a nova definição, ou traduzi-lo em um objeto físico, possibilitar a distribuição do novo padrão aos laboratórios e indústrias que dele necessitem. Dos dois métodos que são os principais concorrentes para este processo de realização - balanças de watt e esferas de silício - ambos requerem medições delicadas no vácuo.

Mas a maioria das medições de massa do dia-a-dia ocorre no ar normal. Isso significa que, para disseminar o novo quilo, os pesquisadores devem encontrar maneiras confiáveis ​​de comparar uma massa medida no vácuo com uma medida no ar.

Cada um dos institutos nacionais de metrologia (NMIs) está desenvolvendo protocolos para usar em seus próprios países. Mas alguém precisa verificar se seus vários métodos estão funcionando bem e obtendo resultados comparáveis.

Portanto, o Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM), uma organização intergovernamental que detém a custódia do atual padrão oficial de quilogramas, pediu a alguns NMIs para realizar uma simulação de seus métodos de disseminação propostos, como parte de um estudo piloto para garantir que os planos de distribuição da nova definição sejam viáveis. O NIST acaba de concluir sua simulação neste mês.

"Para este estudo piloto, cada NMI fez uma realização primária de um quilograma usando uma balança de watt ou esfera de silício, "diz Patrick Abbott do Grupo de Massa e Força no Laboratório de Medição Física do NIST." A ideia era:Quão bem podemos pegar essa realização primária e passá-la adiante? "

Atualmente, o padrão americano para massa é um cilindro de platina-irídio do tamanho de uma ameixa chamado K20, que é regularmente calibrado em relação à definição atual do mundo para o quilograma - o quilograma de protótipo internacional (IPK), alojado na sede do BIPM em Paris. Após a redefinição, O K20 será substituído por um novo padrão dos EUA:a balança NIST-4 watt.

A equipe do NIST iniciou o estudo piloto calibrando uma massa de amostra, feito de platina-irídio, em seu equilíbrio de watt. Mas a próxima etapa - transferir a calibração para massas no ar - foi um pouco complicada. O ar contém água e outras impurezas que são adsorvidas pelas superfícies das massas usadas no processo de calibração. Portanto, uma massa medida no ar será ligeiramente mais pesada do que a mesma massa medida no vácuo. A pergunta incômoda para os metrologistas é:por quanto?

Os pesquisadores do NIST prepararam algumas maneiras de superar esse problema. O primeiro envolve um instrumento de dois andares do tamanho de uma sala que usa levitação magnética para fazer uma massa flutuar no ar, para equilibrá-lo contra uma massa no vácuo, e fazer uma comparação direta dos dois. Eventualmente, este instrumento - denominado Comparador de Massa em Suspensão Magnética - será o método preferido de disseminação do quilograma. Mas ainda está sendo construído e testado, portanto, não foi usado no ensaio.

O segundo método envolve o uso de um conjunto de instrumentos menores no NIST. Esses balanços são capazes de comparar as massas de dois objetos ao mesmo tempo no ar regular ou no vácuo. Antes da simulação, A equipe do NIST usou um desses aparelhos para realizar um estudo medindo exatamente quanta massa é adicionada a um objeto quando ele vai do vácuo ao ar, com base em seu material e na suavidade de sua superfície.

Com esta informação, os pesquisadores do NIST pegaram a massa que foi calibrada usando a balança de watt, removeu do vácuo, e comparou - no ar - a um par de padrões de trabalho de aço inoxidável, do tipo que pode ser usado para calibrar os pesos dos clientes. A equipe aplicou as correções que reuniu em seus estudos de adsorção para fazer o salto do vácuo para o ar.

Para conectar essas descobertas à definição atual de massa, a equipe também mediu todas essas massas de teste em relação a um dos padrões de massa oficiais dos EUA, cuja definição está ligada ao IPK.

Abbott diz que espera que o BIPM esteja pronto para compartilhar os resultados do estudo piloto no início do próximo ano. Outros NMIs participantes incluem o Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá (NRC Canadá) e o Laboratoire National de Métrologie et d'Essais (LNE) da França, cada um dos quais tem seu próprio equilíbrio de watt, bem como o Instituto Nacional de Metrologia da Alemanha (PTB) e o Instituto Nacional de Metrologia do Japão (NMIJ), que usam esferas de silício.