蘋果手機(jī)的Home按鍵的圓讓使用者感到舒適，也具有美感。你知道她的設(shè)計(jì)淵源么？
14世紀(jì)，當(dāng)被主教詢問藝術(shù)的真諦時(shí)，意大利畫家Giotto隨手畫出一個(gè)完美的圓，然后回答“這就是 了”。
由工程師和工匠們組成的多國團(tuán)隊(duì)做出一個(gè)比Giotto更完美的藝術(shù)品，一個(gè)被認(rèn)為是地球上最圓的球體。
這個(gè)不尋常的球是為了解決千克標(biāo)準(zhǔn)的問題。存放于法國巴黎的千克標(biāo)準(zhǔn)是一塊具有120年的歷史的白金和銥的合金。但是最近研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)千克標(biāo)準(zhǔn)塊對比其他40個(gè)復(fù)制品，重量一直在產(chǎn)生變化，沒有人知道為什么和變化了多少。
千克標(biāo)準(zhǔn)塊的不穩(wěn)定問題被提上解決日程，期間提出過很多方案。最優(yōu)的方案是不使用一塊物質(zhì)來定義千克，而是使用原子的個(gè)數(shù)來定義，穩(wěn)定的原子可以解決標(biāo)準(zhǔn)塊的復(fù)制品的問題和質(zhì)量衰變的問題。
首先是原理問題。來自意大利、比利時(shí)、日本和美國的技術(shù)團(tuán)隊(duì)解決了原子“數(shù)數(shù)”的問題。
這個(gè)工作不是看起來那么簡單，為了測量球體的體積，科學(xué)家必須使用高精度干涉儀測量球面至少60,000個(gè)表面點(diǎn)，然后使用光學(xué)晶檢器測量組成球體的原子間的距離和結(jié)構(gòu)，以期計(jì)算球體的原子密度。然后使用體積和密度函數(shù)計(jì)算一千克質(zhì)量包含原子的數(shù)量。那么這個(gè)數(shù)據(jù)只要被其她國家接受即可。
原理解決后，科學(xué)家只需要足夠圓的球和足夠純度的材料，也就是本文提出的球體來測量，人類能夠達(dá)到的工藝極限。球的材料使用前蘇聯(lián)時(shí)期，用于濃縮鈾的離心機(jī)制造，科學(xué)家使用這個(gè)離心機(jī)分量出高純度的Si-28同位素。
分離出的高純度硅材料從俄國運(yùn)到前東德的晶體生長設(shè)備形成巨大的硅晶體。主要是解決晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻問題。這個(gè)過程比較艱辛，經(jīng)過6次失敗，最后制作出兩塊5kg的硅晶體。
接下來是更為挑戰(zhàn)性的工作——磨圓。研究團(tuán)隊(duì)采用了300年前牛頓使用磨鏡片的方法制作，使用手工打磨。經(jīng)過幾個(gè)月的打磨，研究團(tuán)隊(duì)將兩個(gè)球的直徑控制在93.75mm，并采用存放于澳大利亞國家計(jì)量所千克標(biāo)準(zhǔn)塊的重量。最終，這個(gè)球的圓度達(dá)到0.3納米，只有3倍的原子直徑誤差。如果將這個(gè)球放大到地球這么大，那么這個(gè)誤差只有3米高。
這樣的圓度精度20年前是不可能實(shí)現(xiàn)的。這其中的關(guān)鍵技術(shù)包括從圓度儀收集的巨量數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)技術(shù)和算法，能夠在磨的過程中實(shí)時(shí)在線檢測精度達(dá)到5納米的圓度儀應(yīng)用。
最終兩個(gè)硅球精度達(dá)到了相同的原子數(shù)（驗(yàn)證作用）。
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