130年ぶりの「キログラム」の定義改定 - 産総研が貢献

産業技術総合研究所(産総研)は、シリコン単結晶球体の超精密な形状計測を通じて、基礎物理定数の1つであるプランク定数を高精度で測定し、キログラムの定義改定に向け貢献したと発表した。

左から、産総研で開発したシリコン単結晶球体の形状を高い精度で測定するレーザー干渉計と、直径測定値の平均直径からの偏差を表示した球体形状三次元図 (出所:産業技術総合研究所Webサイト)

同成果は、産業技術総合研究所 工学計測標準研究部門の藤井賢一 首席研究員、同部門質量標準研究グループの倉本直樹 主任研究員、水島茂喜 主任研究員、物質計測標準研究部門表面・ナノ分析研究グループの張ルウルウ 主任研究員ららによるもの。詳細は英国物理学会誌「Metrologia」にAccepted Manuscriptとして掲載された。

現在、キログラムは、世界に1つしかない分銅「国際キログラム原器」の質量と定義されている。しかし、国際キログラム原器の質量は、長期的には表面の汚染などによって変動してしまうことがわかってきたため、普遍的な基礎物理定数に基づいた定義に改定すべく、基礎物理定数を国際キログラム原器の質量の長期安定性よりも高い精度で決定するための研究が各国で進められてきた。その結果、プランク定数に基づく新たなキログラムの定義に移行するかどうかが、2018年に審議されることとなっている。

今回、産総研では高精度のレーザー干渉計と表面分析システムを用いて、直径約94mmのシリコン単結晶球体の形状を1nm未満の精度で測定することで、プランク定数を高いレベルの精度で測定した。さらに、科学技術データ委員会(CODATA)は、産総研や複数の海外の研究機関のプランク定数の高精度測定結果に基づき、キログラムの新しい定義に用いられるプランク定数の値を決定した。

研究チームは同成果について、日本が国際単位系(SI)の基本単位の定義の決定に直接関与するのは初めてであり、約130年ぶりとなるキログラムの定義改定に貢献する歴史的な成果だとコメントしている。



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