The roundest object in the world

Market news

27/08/2024

The silicon spheres used to define the kilogram are so smooth that if they were as large as Earth, their highest and lowest points would be only a few meters apart.
Cau-silicon-7081-1724667520

A silicon sphere similar to those used in the measurement of Avogadro's constant. Photo: NIST

Scattered across facilities in Australia, the United States, Germany, Japan, and elsewhere is a collection of seven meticulously polished and heavily guarded spheres. These are the International Avogadro Project's silicon spheres. They were made at Australia's Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) with extreme precision and are considered the roundest objects in the world.

Their surfaces are so smooth that if magnified to the size of Earth, the distance between the tallest mountain and the deepest ocean would be just 3-5 meters, according to the US National Institute of Standards and Technology (NIST), one of the organizations participating in the International Avogadro Project. Optical interferometers have helped researchers measure the sphere's width with nanometer accuracy. Each sphere costs about $3.2 million and is handcrafted by skilled lens makers.

So what is the purpose of these spheres? The International Avogadro Project aims to use perfect silicon spheres to determine the exact value of the Avogadro constant (a fundamental physical constant), according to the Powerhouse Museum, which has housed a prototype sphere since 2016. Specifically, the goal is to redefine the kilogram based on the Avogadro constant.

Back in the 18th century, when the metric system was born, the first definitions were based on the natural world. The meter is one-tenth of a millionth of the distance between the North Pole and the equator, measured in a straight line through Paris. The liter is the volume of 1/1,000 of a cubic meter of water, measured at the melting point of ice. The kilogram is the mass of that amount of water in a vacuum.

After coming up with these definitions, the French Academy of Sciences began to formalize them. In 1799, they used physical objects to illustrate the units of measure, including a one-kilogram cylinder called Le Grand K, or Big K.

Khối Le Grand K được bảo quản tại Paris. Ảnh: BIPM

Le Grand K block is preserved in Paris. Photo: BIPM

Over time, these measurements became popular around the world. But a serious problem was that they were based entirely on physical objects. The circumference of the Earth seemed to be an immutable constant to those who established this system, but in fact it was constantly changing. In fact, the system was also flawed from the beginning because the scientists in charge of calculating the length had miscalculated by 0.2 mm and no one had ever corrected the final figure.

For this and other reasons, in the 20th century, people began to advocate redefining units according to more precise natural constants. Among them, the mole - the unit used to measure the amount of substance - was defined as the amount of substance of 6.02214076 x 1023 fundamental entities, also known as Avogadro's constant.

In 2005, at the 94th meeting of the International Committee for Weights and Measures, experts recommended that the kilogram be redefined in terms of a universal constant. The committee decided that the best option was to use Planck's constant.

But some scientists had other ideas. Since the current definition of Avogadro's constant depends on the mass of a substance, they thought it might be possible to exploit this relationship in the opposite way. But first, they needed to define the constant with greater precision - the relative error would be just 20 parts per billion - so that a new definition of the kilogram based on Avogadro's constant could compete in accuracy and reliability with the current standard.

Basically, the plan was to make an object from a precise amount of a known substance, and then define the kilogram accordingly. These objects are silicon spheres, which have several advantages over the Big K. Losing or damaging the silicon spheres does not affect the definition of the kilogram, because the kilogram is defined not by physical objects but by concepts.

When the definition of an international standard base unit depends on counting the number of atoms in an object, calculations must be extremely precise. That is why the spheres are round. "The sphere was chosen as the ideal shape because it has no corners or edges (to avoid chipping or wear), and if a sphere were made perfectly, it would be possible to calculate the volume from a single parameter (the diameter)," the Powerhouse Museum explains.

Meanwhile, silicon was chosen because processes for producing and manipulating ultra-high-purity silicon were already well established. Silicon also offers scientists a number of advantages: The mass of the silicon-28 isotope is known, and the spatial parameters of the crystal lattice are standardized, allowing for calculations of the number of atoms in the sphere.

Although the International Committee for Weights and Measures has chosen the Planck constant as the basis for redefining the kilogram, other natural constants can also be used, at least to help check the accuracy of the Planck definition, according to NIST.

Thu Thảo (IFL Science)

Articles on the same topic

Giới trẻ Khánh Hòa mê mẩn ghép tranh mosaic

Dù chỉ mới xuất hiện vài tháng ở Khánh Hòa nhưng hoạt động làm tranh mosaic (tranh ghép mảnh) đã thu hút rất nhiều bạn trẻ tham gia. Trải nghiệm mới mẻ này giúp các bạn trẻ rèn luyện sự tỉ mỉ, kiên nhẫn và thỏa sức sáng tạo.

19.08.2025

10 thành phố tốt nhất thế giới 2025 đối với người trẻ

Thủ đô Bangkok, Thái Lan, đứng đầu danh sách các thành phố tốt nhất thế giới 2025 dành cho gen Z nhờ sự sôi động, là nơi lý tưởng để gặp gỡ bạn bè và giá cả phải chăng.

19.08.2025

Giá vàng hôm nay (18/8): Vàng nhẫn lập đỉnh mới, hút nhà đầu tư

Giá vàng hôm nay (18/8): Trong khi vàng miếng SJC duy trì ở mức kỷ lục 124,5 triệu đồng/lượng, giá vàng nhẫn các thương hiệu trong nước ngày 18/8 dao động quanh ngưỡng 116 – 120 triệu đồng/lượng, thấp hơn vàng miếng nhưng vẫn ở vùng cao lịch sử.

18.08.2025

Những điểm khám phá Nha Trang về đêm

Du khách có thể đi chợ đêm, ngồi bar rooftop ngắm thành phố, tắm biển đêm hoặc tham gia tour câu mực khi đến Nha Trang vào buổi tối.

18.08.2025

Real estate is for you

Chinh phục đỉnh Hòn Bà huyền bí

Hòn Bà là một ngọn núi thuộc địa phận 2 xã: Khánh Phú, huyện Khánh Vĩnh và Suối Cát, huyện Cam Lâm (cũ) thuộc tỉnh Khánh Hòa, cách trung tâm thành phố Nha Trang khoảng 50km về phía tây nam. Đỉnh núi có độ cao 1.578m so với mực nước biển. Cung đường lên đỉnh núi dốc quanh co, sương mù bao phủ khiến du khách cảm nhận được sự hùng vĩ của đất trời nơi đây.

12.08.2025

Trang tin hàng không quốc tế giới thiệu Nha Trang từ thiên đường du lịch đến chốn an cư, hạnh phúc

Trang tin hàng không quốc tế Routesonline vừa có bài viết giới thiệu Nha Trang, Khánh Hòa từ là thiên đường du lịch đến đô thị vịnh đẹp, đáng sống, hiền hòa và hạnh phúc.

09.08.2025

"Bỏ túi" 3 điểm đến hoang sơ ở Khánh Hòa cho chuyến “đổi gió” cuối tuần

Nếu đang tìm nơi yên tĩnh để nghỉ ngơi cuối tuần, ba điểm đến hoang sơ như Bích Đầm, làng chài Ninh Vân và công viên đá Ninh Thuận là lựa chọn lý tưởng.

09.08.2025

Trải nghiệm trọn vẹn từ A đến Z không lo “cháy túi“

Nha Trang không chỉ dành cho những ai có ngân sách thoải mái. Chỉ với 2 triệu đồng, bạn vẫn có thể tận hưởng một chuyến đi đáng nhớ với biển xanh, ẩm thực phong phú và những trải nghiệm văn hóa thú vị.

30.07.2025

7 lý do khiến Nha Trang là điểm đến không thể bỏ lỡ của runner

Không chỉ nổi tiếng với du lịch biển, Nha Trang dần trở thành điểm đến lý tưởng cho giới chạy bộ, nhờ môi trường luyện tập, nghỉ dưỡng và trải nghiệm văn hóa đặc sắc.

23.07.2025

Những trải nghiệm du lịch mới tại Nha Trang hè 2025

Lễ hội du thuyền, dịch vụ ghép tour cao cấp, giải marathon quy mô 13.000 người... góp phần giúp du lịch Nha Trang khởi sắc hè này.

19.07.2025

See more

Typical projects

Đã bàn giao
Đã bàn giao
Panorama

50-70 million/m2

Đã bàn giao
Đã bàn giao
Đã bàn giao
Gold Coast Apartments

50-70 million/m2

See more