Все мы со школы помним: вода замерзает при 0 °C. Но какая именно вода? Даже если взять чистый H₂O, избавившись от солей и минералов, для сверхточных измерений разница между разной водой становится принципиальной. Проблема — в атомах. У водорода и кислорода есть разные изотопы. Водород бывает протий, дейтерий и тритий, а кислород — oxygen-16, oxygen-17 и oxygen-18. У тяжёлых изотопов атомы чуть массивнее и медлительнее, поэтому вода из дейтерия и oxygen-18 замерзает примерно при 4 °C.
В природе 99,99% водорода — протий, но один из 10 000 атомов — дейтерий. Тритий радиоактивен, его на Земле почти нет. Кислород в основном oxygen-16, но примерно один из 500 атомов — oxygen-18. Казалось бы, мелочи, но они сдвигают точку замерзания примерно на 0,001 °C — достаточно, чтобы современный термометр это заметил. При этом изотопный состав воды на планете не везде одинаков: тяжёлые изотопы испаряются медленнее, поэтому дождевая вода чуть легче океанской.
В 1961 году Хармон Крейг из Scripps Institution of Oceanography предложил единый стандарт для измерения концентраций изотопов, основанный на усреднённом составе океанской воды, — Standard Mean Ocean Water (SMOW). Почти сразу учёные из Caltech предложили свой конкурирующий SMOW по образцу песчаника из северной части штата Нью-Йорк. Распутывать этот хаос взялось International Atomic Energy Agency. На встрече 1966 года в Вене выбрали стандарт Крейга, и сам он подготовил эталонную партию из дистиллированной воды Тихого океана. Так появился Vienna Standard Mean Ocean Water, или VSMOW. Одновременно сделали ещё один стандарт — из растопленного антарктического снега, Standard Light Antarctic Precipitation (SLAP), для представления дождевой воды.
Сейчас VSMOW — самый официальный метрологический стандарт воды, и все остальные привязываются к нему. Запасы ограничены: ампула на 5 мл стоит $159, в пересчёте на галлон — $120 000. Смысл в том, что физический эталон позволяет калибровать эксперименты. Самые точные термометры сегодня настраивают с помощью triple point cell — устройства, где лёд, жидкая вода и пар находятся в равновесии при низком давлении. Для VSMOW такое равновесие возможно строго при 0,01 °C с погрешностью в миллионные доли градуса. Эта величина была определением шкалы Kelvin в системе SI вплоть до 2019 года, пока её не переопределили через Boltzmann constant. Но практический метод по-прежнему опирается на цепочку точности, которая в итоге восходит к тому самому контейнеру VSMOW.