В тихой лаборатории на столе стоит прибор размером с микроволновку. Внутри него катушка плавно скользит вверх и вниз, а компьютер считывает электрические сигналы. Так выглядит настольная версия весов Ки-Блеза — устройства, которое связывает массу с квантовыми константами.
Раньше такие весы занимали целую комнату и требовали команды инженеров. Теперь инженеры из Университета Цинхуа собрали версию, которая помещается на лабораторном столе. Она предназначена для калибровки гирь от 1 грамма до 1 килограмма с точностью класса E2 — это значит, что погрешность не превышает 0,27 миллионных долей. Если взвесить килограммовую гирю, ошибка будет меньше трети миллиграмма — как вес песчинки.
Главная хитрость новой конструкции — способ двигать катушку. Во время измерения катушка должна двигаться с постоянной скоростью, но на практике она то ускоряется, то замедляется. Учёные предложили добавлять в ток, который толкает катушку, дополнительные колебания — нечётные гармоники. Они выравнивают скорость, как опытный водитель сглаживает рывки машины на неровной дороге. А чётная гармоника исправляет разницу между движением вверх и вниз.
В результате скорость катушки остаётся почти постоянной: отклонение меньше 5% на протяжении 60% цикла движения. Это делает измерения стабильными и точными. Такие настольные весы могут появиться в каждой калибровочной лаборатории, сделав точное измерение массы таким же обычным делом, как измерение температуры.
Современный килограмм больше не хранится как железная гиря в Париже. С 2019 года его определяют через постоянную Планка — квантовую величину, которую можно измерить в любой лаборатории с помощью весов Ки-Блеза.