El 'nuevo kilogramo' se acerca/The 'new kilogram' is approaching

Se ha alcanzado un hito en el proyecto internacional Avogadro, coordinado por el Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) : La constante (o número) de Avogadro ha sido determinada con una exactitud nunca antes alcanzada, una incertidumbre total relativa de 3.10^-8, empleando un único cristal de Si-28 altamente enriquecido . Este valor de NA = 6.02214078 (18) · 10^23 mol^-1 es la medida más exacta de esta cantidad en la actualidad, y tiene como objetivo último la redefinición del kilogramo. Los resultados han sido publicados en la revista Physical Review Letters.
Esta fase crucial del proyecto Avogadro comenzó en 2003: En ese año, varios institutos nacionales de metrología - junto con la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) y en cooperación con institutos de investigación de Rusia - lanzaron un ambicioso proyecto para obtener cerca de 5 kg de silicio-28 altamente enriquecido (99,99%) en un único cristal, con el objeto de emplearlo para medir la constante de Avogadro y alcanzar - en el año 2010 - una incertidumbre de 2·10^-8. A fecha de hoy se han completado las primeras medidas sobre dos esferas de Si-28 de un kg, pulidas en Australia, y de las que se ha determinado la densidad, los parámetros de su red cristalina y la calidad de su superficie.
El resultado es un hito en el camino hacia una nueva definición del kilogramo, basada en constantes fundamentales de valores fijos. En la actualidad, la concordancia de este valor con otras realizaciones del kilogramo no es suficiente para cambiar la actual definición de la unidad de masa. Sin embargo, el estado actual del proyecto Avogadro es tan prometedor, que se espera que la incertidumbre de medida de 2·10^-8 exigida por el Comité Consultivo para la Masa (CCM), se alcance en un futuro próximo (y probablemente se mejore) empleando esferas de Si-28 libres de contaminación.

Según la Physics Synopsis de Sami Mitra
La constante o número de Avogadro —el número de átomos en un mol de un elemento— es el vínculo entre las propiedades atómicas y macroscópicas de la materia. El método más reciente(state-of-the-art method) para mejorar la exactitud de esta constante fundamental, consiste en emplear cristalografía de rayos X sobre esferas de silicio altamente cristalinas. El número de Avogadro se obtiene a partir del cociente entre el volumen de un mol de silicio (conocido a partir de su masa) y el de una única celda unitaria del cristal.
Esta técnica ha estado plagada de grandes incertidumbres de medida. La principal dificultad es determinar con exactitud la composición isotópica de un cristal natural de silicio, una medida clave para determinar el número de Avogadro. La publicación de Andreas y sus colegas europeos y norteamericanos, informa sobre estudios realizados con un cristal altamente enriquecido en el isótopo 28 del Silicio. Comparan sus resultados con varios otros y demuestran una mejora significativa en la exactitud de la constante de Avogadro, que vale según ellos 6,02214078(18)×10^23 con una incertidumbre relativa de 3.0×10^-8. Su técnica podría incluso permitir el encontrar un sustituto para el actual prototipo, de platino-iridio, del kilogramo.

A milestone in the international Avogadro project coordinated by the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) has been reached: With the aid of a single crystal of highly enriched 28Si, the Avogadro constant has now been measured as exactly as never before with a relative overall uncertainty of 3 · 10-8. Within the scope of the redefinition of the kilogram, the value NA = 6.02214078(18) · 10^23 mol^-1 permits the currently most exact realization of this unit. The results have been published in the journal Physical Review Letters.
This crucial phase of the long-term Avogadro project started in 2003: In that year, several national metrology institutes launched -- together with the Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) and in cooperation with Russian research institutes -- the ambitious project of having approximately 5 kg of highly enriched 28Si (99.99 %) be manufactured as a single crystal, of measuring the Avogadro constant with it and of achieving -- by the year 2010 -- a measurement uncertainty of approx. 2·10^-8. Meanwhile, the first measurements have been completed on the two 1 kg spheres of 28Si -- which had been polished in Australia -- and their density, lattice parameter and surface quality have been determined.
The result is a milestone on the way towards a successful realization of the new kilogram definition on the basis of fundamental constants whose values have been fixed. At present, the agreement of this value with other realizations of the kilogram is not good enough to change the existing definition of the mass unit. The present state of the Avogadro project is, however, so promising that the measurement uncertainty of 2 · 10-8 demanded by the Consultative Committee for the Mass (CCM) will in the near future be achieved on contamination-free Si-28spheres and will probably even be undercut.

According to Sami Mitra's Physics Synopsis
The Avogadro constant—the number of atoms in one mole of an element—provides a link between the atomic and macroscopic properties of matter. One state-of-the-art method for improving the accuracy of this fundamental constant is to use precision x-ray crystallography of highly crystalline silicon spheres: one obtains Avagadro’s number from the ratio of the volume of a mole of silicon (known from its mass) relative to that of a single unit cell in the crystal.
This technique has, however, been plagued by large measurement uncertainties. The main difficulty is accurately determining the isotopic composition of a natural silicon crystal, a key measurement for determining the Avogadro constant. In a paper published in Physical Review Letters, Birk Andreas at Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig, Germany, with colleagues in Europe and the US report on x-ray studies with a silicon crystal highly enriched with the silicon-28 isotope. They compare their results with several others and show a significant improvement in the accuracy of the Avogadro constant, which they determine to be 6.02214078(18)×1023 with 3.0×10-8 relative uncertainty. Their technique may even allow us to find a replacement for the current platinum-iridium prototype for the value of the kilogram. –

Tomado de/Taken from Science Daily

Resumen de la publicación/Abstract of the paper
Determination of the Avogadro Constant by Counting the Atoms in a 28Si Crystal
Phys. Rev. Lett. 106, 030801 (2011)
doi: 10.1103/PhysRevLett.106.030801
B. Andreas, Y. Azuma, G. Bartl, P. Becker, H. Bettin, M. Borys, I. Busch, M. Gray, P. Fuchs, K. Fujii, H. Fujimoto, E. Kessler, M. Krumrey, U. Kuetgens, N. Kuramoto, G. Mana, P. Manson, E. Massa, S. Mizushima, A. Nicolaus, A. Picard, A. Praman, O. Rienitz1, D. Schiel, S. Valkiers, and A. Waseda
Abstract
The Avogadro constant links the atomic and the macroscopic properties of matter. Since the molar Planck constant is well known via the measurement of the Rydberg constant, it is also closely related to the Planck constant. In addition, its accurate determination is of paramount importance for a definition of the kilogram in terms of a fundamental constant. We describe a new approach for its determination by counting the atoms in 1 kg single-crystal spheres, which are highly enriched with the 28Si isotope. It enabled isotope dilution mass spectroscopy to determine the molar mass of the silicon crystal with unprecedented accuracy. The value obtained, NA=6.022 140 78(18)×1023  mol-1, is the most accurate input datum for a new definition of the kilogram.