Đang thực hiện những bước đầu tiên của cái sẽ là một tiến bộ lịch sử trọng yếu trong ngành khoa học đo lường, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kì (NIST) hiện đang tham gia một nỗ lực toàn cầu nhằm tiến tới hiệu chỉnh lại Hệ Đơn vị Quốc tế (SI), hệ mét hiện đại là cơ sở của các phép đo toàn cầu trong lĩnh vực thương mại, khoa học, và những mặt hoạt động khác của cuộc sống hàng ngày. Hệ SI mới, sẽ xây dựng trên bảy hằng số của tự nhiên, sẽ cho phép các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới biểu diễn kết quả của các phép đo ở những cấp độ mới của sự nhất quán và chính xác.
Thí nghiệm cân bằng watt tại NIST. Ảnh: Steiner/NIST
Thay đổi đáng kể nhất trong sự hiệu chỉnh có thể có trong tương lai của hệ SI sẽ là đơn vị kilogram, đơn vị duy nhất trong số bảy đơn vị cơ bản của hệ SI vẫn định nghĩa theo một “tạo tác” vật liệu: một khối trụ platinum-iridium 130 năm tuổi giữ tại Cục Cân nặng và Đo lường Quốc tế ở Pháp. Tạo vật kilogram có các trở ngại từ lâu, vì khối lượng của nó thay đổi chút ít theo thời gian. Theo Ambler Thompson, một nhà khoa học NIST hiện đang tham gia nỗ lực quốc tế trên, thì sự hiệu chỉnh đã đề xuất là “đưa SI thành một nền tảng vững chắc”. “Chúng ta nên giải phóng khỏi tạo vật cuối cùng ấy”.
Trong hệ SI hiện nay, không chỉ đơn vị của khối lượng mới phụ thuộc vào kilogram. Các định nghĩa của ampere (cường độ dòng điện), mol (lượng chất), và candela (cường độ chiếu sáng), rốt cuộc cũng phụ thuộc vào tạo vật platinum-iridium. Thí dụ, một mol hiện nay được định nghĩa là số nguyên tử carbon-12 có khối lượng tổng cộng là 12 gram.
Đề xuất mới định nghĩa kilogram theo hằng số Planck, h, một hằng số quan trọng trong vật lí lượng tử, nó được biểu diễn theo đơn vị có chứa kilogram. Các nỗ lực tại NIST, như thí nghiệm cân bằng watt và xác định khối lượng của một mol nguyên tử silicon, mang lại các phương pháp mới để xác định một giá trị chính xác của h, từ đó góp phần cho một định nghĩa đáng tin cậy hơn của kilogram.
Hệ SI mới sẽ định rõ giá trị thống nhất chung của bảy hằng số, theo các kết quả của một phân tích mới công bố bởi CODATA (Ủy ban Dữ liệu Khoa học và Công nghệ) của mọi dữ liệu có liên quan. Các giá trị cố định của các hằng số khi đó sẽ xác định mọi đơn vị cơ bản. Thí dụ, ampere sẽ được định nghĩa chính thức theo điện tích của một proton, kelvin (nhiệt độ) được định nghĩa theo hằng số Boltzmann, và mol theo hằng số Avogadro.Tuy nhiên, trước khi hệ SI hiệu chỉnh hoàn thiện, cần có thêm các thí nghiệm để thu được các giá chính xác hơn cho một số hằng số, đặc biệt là các hằng số Planck, Avogadro và Boltzmann.
Ủy ban Tư vấn về Đơn vị, trong đó NIST là một thành viên và là một trong 10 ủy ban cố vấn của Ủy ban Cân nặng và Đo lường Quốc tế (CIPM), đã đưa ra một bản dự thảo cho hệ SI điều chỉnh để CIPM xem xét trong phiên họp của ủy ban này ở Paris, Pháp, vào đầu tháng tới. CIPM, cơ quan trong đó có Willie May, giám đốc Phòng thí nghiệm Đo lường Vật liệu của NIST, đã phê chuẩn bản dự thảo với chỉ vào thay đổi biên tập nho nhỏ vào hôm 15/10/2010. CIPM sẽ sớm đưa bản dự thảo ra xem xét tại Hội nghị Toàn thể về Cân nặng và Đo lường (CGPM), trong cuộc họp vào tháng 10/2011. Nếu bản dự thảo được thông qua và mọi yêu cầu kĩ thuật được đáp ứng, thì hệ SI mới có thể sẽ đi vào thực tế vào cuối thập niên này.
Ghi chú: Bảy đơn vị SI cơ bản từ đó suy luận ra mọi đơn vị khác là giây (thời gian), mét (chiều dài), kilogram (khối lượng), ampere (cường độ dòng điện), kelvin (nhiệt độ nhiệt động lực học), mol (lượng chất) và candela (cường độ chiếu sáng).
Giá trị được chấp nhận hiện nay của hằng số Planck là h = 6,626 068 96(33) x 10-34 kg m2/s.
Hằng số Boltzmann liên hệ sự biến thiên nhiệt độ của một hệ (thí dụ một nhóm nguyên tử và phân tử) với sự biến thiên năng lượng nhiệt của nó.
Nguồn: NIST, PhysOrg.com
