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普遍的な物理定数に基づく新しいキログラムの再定義に道を拓く － アボガドロ定数の高精度化に成功 －
計測標準研究部門流体標準研究室主任研究員 倉本 直樹
ポイント
光の波長の精密制御によるシリコン球体の形状のナノメートル計測技術を開発
国際プロジェクトにより同位体濃縮シリコン結晶を作製、アボガドロ定数の高精度化に成功
人工物ではなく普遍的な物理定数による「質量標準」の確立が現実的に
概要
独立行政法人 産業技術総合研究所【理事長 野間口 有】（以下「産総研」という）計測標準研究部門
【研究部門長 三木 幸信】は、フランス、イタリア、オーストラリア、ドイツ、イギリス、アメリカ合衆国、欧州委員
会の計量標準研究機関との国際研究協力（アボガドロ国際プロジェクト）により、アボガドロ定数の高精度化に
成功した。
アボガドロ定数は1 モル（mol）の物質に含まれる原子や分子などの数であり、物理学や化学の分野で用い
られる重要な基礎物理定数の一つである。アボガドロ定数の高精度測定により、現在、国際キログラム原器
という分銅で定義されている質量の単位を、原子一個あたりの質量に基づき再定義できる。アボガドロ国際
プロジェクトではシリコン（ケイ素）の同位体の一つである28Siだけを濃縮した結晶を製作し、その密度、格子
定数、モル質量を測定して、X線結晶密度法によりアボガドロ定数を決定した。産総研では新たに開発した
光の波長をチューニングするシステムを備えたレーザー干渉計により質量1 kgの28Si単結晶球体の形状を1ナノ
メートルの精度で測定し、その体積と密度を決定した。国際研究協力によって得られた格子定数およびモル
質量の値と密度の値を組み合わせることで、アボガドロ定数をこれまでより一桁良い精度（3×10-8）で決定
することに成功した。この結果は米国の科学論文誌（Physical Review Letters、2011年、106巻、030801頁）
に発表されている。
産総研などによるアボガドロ定数高精度化を受け、2011年10月に開催された国際度量衡総会において、
国際キログラム原器を将来廃止し、基礎物理定数によるキログラムの再定義を実施する合意が得られた。
近代度量衡の歴史で初めて、人工物に頼らない質量標準の確立が現実的なものとなっている。
URLﾘﾝｸ(www.aist.go.jp)
写真1： 産総研で開発した光の波長の精密制御によりシリコン球体の形状を
ナノメートルの精度で計測するレーザー干渉計
開発の社会的背景
国際単位系（SI）は、長さ、質量、時間、電流、温度、光度、物質量に対応する7つの基本単位（m、kg、s、
A、K、cd、mol）とその組立単位などからなる世界共通の単位系であり、その始まりは近代度量衡の礎となる
1875年のメートル条約の成立にまでさかのぼることができる。1889年の記念すべき第1回国際度量衡総会では、
白金イリジウム合金製のメートル原器とキログラム原器がそれぞれ長さと質量の単位として承認されている。
その後は、整備拡充とともに定義改定も進められ、長さの単位メートルにおいては、これまでに2度の大きな改定
が行われた。1960年のクリプトンランプの波長への定義移行と国際メートル原器の廃止、ならびに、1983年の
光が真空中を伝わる行程の長さを基準とする新定義への移行の2度である。
一方、キログラムの定義においては、その誕生から120 年以上経過した現在でも、世界に一つしかない国際
キログラム原器（International Prototype of the Kilogram）が未だその基準として用いられている。国際キロ
グラム原器はパリ郊外にある国際度量衡局（BIPM）に保管され、世界の質量標準は国際キログラム原器との
定期的な校正によって値付けされた各国のキログラム原器との比較の連鎖によって維持・管理されている。
しかし、表面汚染や損耗などの影響により、国際キログラム原器の質量の長期安定性は50 µg 程度であると
推定されている。これは1 kg に対して相対的に5×10-8のわずかな変動幅に相当するが、近年の計測技術の
進展においては無視しえない大きさとなりつつあり、キログラムの定義もメートルのようにその基準を基礎物理
定数へと移行させることが国際度量衡委員会（CIPM）などで検討されてきた。
産業技術総合研究所プレスリリース 2012年2月27日
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>>2辺りに続く