Neraca Kibble |  opini |  Dunia Kimia
All

Neraca Kibble | opini | Dunia Kimia

Gambar yang menunjukkan dua orang mengoperasikan timbangan watt

Dalam masalah yang ditulis untuk lokakarya revisi baru-baru ini tentang spektroskopi NMR, seorang rekan mengutip nilai rasio giromagnetik proton hingga 10 angka penting. Aku menatap nomor itu dengan heran. Apa yang akan dimiliki seseorang untuk mengukur sesuatu dengan tingkat presisi yang gila itu? Dan orang seperti apa mereka? Sebuah scan cepat literatur mengungkapkan fisikawan Inggris Bryan Kibble, salah satu tokoh kunci dalam redefinisi satuan SI.

Kibble adalah putra bungsu seorang sersan polisi yang tinggal di Letcombe Regis, selatan Oxford. Tumbuh dewasa ia bermain-main dengan sepeda, memperbaiki radio dan membangun kembali jam dan jam tangan, kegiatan yang tidak diragukan lagi berkontribusi pada kemampuannya sebagai seorang eksperimentalis, dan dianugerahi beasiswa untuk belajar fisika di Universitas Oxford. Dia kemudian akan mengingat praktik di mana dia terpana oleh kesempurnaan pantulan jarum yang ditempatkan di tengah film sabun yang terdistorsi oleh perbedaan tekanan kecil, berbentuk bola dalam panjang gelombang cahaya. Ketika dia berkomentar tentang ini, tutornya berkata ‘Ah! Anda lihat, alam itu tepat.’

Setelah lulus dengan gelar PhD dalam spektroskopi atom, ia menikah dengan sesama mahasiswa Ann Greenfield. Awal 1960-an adalah masa yang sulit dalam sains Inggris, dengan banyak peneliti ambisius menemukan pekerjaan akademis yang dibayar lebih baik di Kanada dan AS. The Kibbles tidak berbeda. Namun, dua tahun kemudian, mereka kembali ke Inggris, keduanya ditawari pekerjaan di National Physical Laboratory di Teddington, salah satu pusat metrologi dan standar dunia.

Pekerjaan Kibble berfokus pada verifikasi dan peningkatan unit dasar listrik. Ampere didefinisikan dalam hal gaya tarik-menarik antara arus yang mengalir dalam dua kabel dengan panjang tak terbatas. Gulungan yang dililitkan dengan hati-hati dari lengan balok keseimbangan arus mendekati kabel tak terbatas, dan tuas optik memantau gerakannya. Ketepatan perangkat ini, bagaimanapun, terbatas. Ada juga pertanyaan yang berkembang tentang keandalan sel Weston kadmium/merkuri yang telah menjadi standar tegangan selama lebih dari setengah abad.

Penemuan persimpangan Josephson pada tahun 1962 menawarkan jalan keluar. Penyinaran kawat niobium, dimasukkan ke dalam gumpalan timah murni solder pada suhu helium cair, dengan gelombang mikro menghasilkan tegangan yang naik dalam langkah sebanding dengan konstanta Planck H dan untuk frekuensi yang diterapkan. Pada akhir 1960-an kebangkitan industri mikroelektronika berarti bahwa ribuan perangkat ini dapat dibuat pada satu chip, dengan janji menghasilkan tegangan yang tepat untuk 1 bagian dalam 1014. Pada tahun 1972, upaya dimulai di NPL untuk menggunakan efek Josephson untuk menentukan konstanta Planck ke tingkat presisi yang baru.

Kibble adalah pusat dari semua ini, menyempurnakan keseimbangan untuk mengukur konstanta, termasuk rasio gyromagnetik proton, hingga presisi yang belum pernah terdengar sebelumnya. Muncul ide bahwa konstanta fundamental dapat digunakan untuk mendefinisikan kembali satuan SI.

Gambar yang menunjukkan fase statis dari pengukuran keseimbangan watt

Pada tahun 1976 Kibble menyajikan keseimbangan berdasarkan prinsip yang sangat elegan yang akan menghilangkan banyak ketidakpastian sebelumnya. Idenya adalah untuk membandingkan gaya gravitasi pada suatu benda dengan gaya tarik-menarik yang dihasilkan oleh arus dalam kumparan kawat panjang. aku duduk di medan magnet, B. Benda yang akan ditimbang terlebih dahulu M, ditempatkan pada panci, dan arus diterapkan untuk membawa kedua sisi menjadi seimbang. Arus diukur melalui penurunan tegangan melintasi resistor yang diketahui secara tepat, tegangan diukur dengan susunan persimpangan Josephson superkonduktor.

Mg = Menjadi

Pada langkah kedua, massa dihilangkan dan kumparan digerakkan dalam magnet dengan kecepatan yang tepat, kamu, untuk menginduksi tegangan dalam kumparan:

V = biru

Tegangan diukur kembali menggunakan rangkaian sambungan Josephson, dengan pergerakan kumparan diikuti dengan mengamati pinggiran interferensi dari interferometer laser yang ditempatkan di bawah timbangan. Kombinasi dari dua langkah berarti bahwa medan magnet dan istilah kumparan Bl dapat dihapus, yang mengarah ke hubungan yang sangat sederhana:

VI = Mgu

Melalui persamaan ini massa dapat diukur secara langsung dalam bentuk konstanta fundamental, H, e dan C. Setiap sisi persamaan ini memiliki dimensi watt, sehingga Kibble menyebut perangkatnya sebagai keseimbangan Watt. Dia bisa mencapai presisi 1 bagian dalam 108 (10mg dalam 1kg).

Prototipe menimbulkan kebingungan minat. Dengan keseimbangan yang begitu halus, menjadi mungkin untuk membayangkan redefinisi kilogram dalam hal konstanta fundamental daripada objek fisik. Setelah kematian Kibble, keseimbangan diganti namanya untuk menghormatinya.

Kibble pensiun dari NPL pada tahun 1998 untuk menjadi konsultan keliling. Dia juga mengungkapkan rahasia menjadi ahli metrologi: ‘ketekunan sampai pada titik ketegaran, obsesi dengan masalah yang dihadapi, tekad untuk menghabiskan waktu selama yang diperlukan untuk mengatasinya, dan kebutuhan untuk mendapatkan pengukuran yang benar sebaik mungkin pada akhirnya. , yang mungkin bertahun-tahun.’ Ini menjelaskan mengapa saya tidak pernah menjadi ahli metrologi.

Pengakuan

Saya berhutang budi kepada ahli metrologi tertinggi Michael de Podesta (@Protons4B) untuk menyarankan Kibble sejak lama dan meluruskan saya dalam banyak hal.


Posted By : data pengeluaran hk