此球最圓，誤差不超過0.3納米
【搜狐科學消息】 據英國《新科學家》報導，一支國際工程師和工藝家小組已經打造了一對近乎完美的球，被認為是世界上最圓的物體。
此與眾不同的球上周在法國舉行的國際光學工程協會 (SPIE)天文學望遠鏡與儀器大會上進行發討論，之所以製造它們是為了回答 千克 定義的問題。
120年以來，人們一直以存放於法國巴黎的由鉑銥合金製成的國際千克原器作為「千克」的標準。
但隨著時間變遷，此金屬物的質量正在慢慢發生變化， 輕了 50微克，給從事科學研究和數據統計等精密工作的人帶來不少麻煩。 沒有人知道這種變化是什麼原因導致的，又是如何變化的。因此度量衡學家指控此標準不準確，想測量一下。於是，他們已經提出了多項提議來重新定義千克標準。到 2011年，國際重量與測量委員會將對此問題做出裁決。
千克重量精確到一個矽原子
其中一項提議由名為「阿佛加德羅計劃」的國際小組提出，目的是要用精確的矽原子數量來精確定義千克標準。為了弄清 1千克到底有多少矽原子？他們特意製造了這對完美矽球。他們 通過精確測算出「完美矽球」內究竟有多少個原子，從而能測定阿伏伽德羅常數（即一摩爾任何物質中所包含的基本單元數），進而將質量單位「千克」的標準回歸到與恆定常數相關的定義中，而不是依靠一個「原器」，或者其他什麼會變化的東西來計量。
據介紹，由德國計量科學研究院科學家彼得?貝克領導的這個國際科研小組至今已經為這個項目工作了 5年。在接下來的幾年裡，來自義大利、比利時、日本和美國的科學小組將精確測量這對矽球中的原子數量。
然而，此任務可不容易，為確定每一個球體積，他們將利用光學幹涉儀來測量此球表面 6萬個不同點之間的直徑；同時還用X射線檢晶儀來拍攝此矽晶結構的圖像，以確定其原子之間的空隙和密度。通過其原子密度來計算此球的體積，每一個小組將得出其自己的統計結果，即1千克到底有多少矽原子。對這些數字來說，重要的事情是要彼此符合。
最終打造近乎完美的矽球
其實，早在今年 4月，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)讓 「阿佛加德羅計劃」小組製造此球，然而這一工作是一大挑戰。此矽被前蘇聯的離心分離機提純過，曾用於精煉製造核武器的鈾。此離心分離機將這些矽從放射性元素中分離出來，讓研究人員製造出最純的矽 28。之後，此材料從俄羅斯運到了德國國家度量衡學學會，通過為東德生產矽的成熟設備長成了一個巨大的晶體。在6次實驗失敗之後，此純晶體最終製成2塊5公斤的晶體塊，並運送到了澳大利亞。
為加工成這對矽球，澳大利亞精確光學中心（ACPO）不讓一輩子加工精確球的光學工程師阿其姆?雷斯特勒退休，讓他最終製成了這一對矽球，成為他的晚年傑作。
澳大利亞精確光學中心採用 300年前的牛頓望遠鏡地面透鏡的類似技術，製造出了這對 直徑為 93.75毫米的矽球。這對「完美矽球」球體非常接近理想球體，由球體中心至表面任何一點的距離誤差不超過0.3納米，其彎曲率為60-70納米，且每一個球的質量都和澳大利亞的千克相符。這對球體99.99%％是由矽28構成的，其晶體結構近乎完美。
雷斯特勒說：「如果將我們的球吹大到地球大小，你將在平滑球面上看到的小波紋只有大約 12-15毫米，而圓周長誤差只有3-5米。」這在20年前是達不到這種圓滿程度，因為我們還不能看到這種微小的差異。
然而，即使「阿佛加德羅計劃」小組讓每一個球達到了同樣數量的矽原子，國際重量與測量委員會也將不能早早地採納他們的定義。這是因為一些度量衡學家認為「阿佛加德羅計劃」小組的精確矽球只是簡單地取代了一個境況不佳的物理標準。他們提議用其它辦法來和這一方法比試一下，比如所謂的瓦特平衡方法??即用磁場和電力來精確定義千克。美國國家標準技術學會的理察?斯坦勒支持這一方法，認為能量測量比物理屬性的測量球體直徑的誤差更小。
千克是國際單位制中７個基本單位之一，嚴謹定義它及對其進行精確測定，對於人類的科學探索以及生產生活都有著重要而廣泛的影響。（元元）
(責任編輯：趙裡鵬)