Dat is de reden waarom het Internationaal Comité voor Maten en Gewichten, het bestuursorgaan dat bepaalt wat het betekent om een ​​kilogram te wegen, is geïnteresseerd in het overschakelen van een fysieke standaard naar een standaard die gebaseerd is op een fundamentele standaard in de natuur - iets dat wetenschappers kunnen repliceren in laboratoria over de hele planeet.

Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) van de Amerikaanse regering zeggen dat ze een doorbraak hebben bereikt die het probleem zou kunnen oplossen. Met behulp van een nieuwe machine genaamd de NIST-4, ze hebben een preciezere waarde bepaald voor de constante van Planck, een heel klein getal (en een fundamentele fysieke hoeveelheid) dat in de kwantumfysica wordt gebruikt om de hoeveelheid energie te berekenen die door een enkel foton wordt uitgezonden.

De constante van Planck kan ook worden gebruikt om de kilogram te definiëren, omdat het ook een fundamentele constante is - iets dat niet verandert in ons universum - en wetenschappers experimenten kunnen uitvoeren om te bepalen wat het is. "We kunnen de unit repareren en de natuur vragen, 'Wat is de numerieke waarde van de fundamentele constante met behulp van deze eenheden?'" zei NIST-natuurkundige Stephan Schlamminger in een e-mail. "Of anders, we kunnen de numerieke waarde bepalen en het experiment gebruiken om de grootte van de eenheid te bepalen."

Om de constante van Planck nauwkeuriger te berekenen, NIST-onderzoekers gebruikten een apparaat dat een Kibble-balans wordt genoemd, genoemd naar de Britse natuurkundige die de techniek uitvond. Het apparaat "vergelijkt elektrisch vermogen met mechanisch vermogen, " zei Schlamminger. "Het vermogen wordt gemeten in eenheden van watt. Mechanisch vermogen wordt gegeven door kracht maal snelheid. In de balans is de kracht het gewicht van een massastandaard. Elektrisch vermogen kan worden gemeten als een product van twee frequenties en de constante van Planck. Deze hebben te maken met twee kwantummechanische effecten die worden gebruikt om spanning en weerstand te meten. Vandaar, de eenheid van massa kan worden gekoppeld aan de constante van Planck."

Hier is een video waarin NIST-natuurkundige Darine Haddad een kopje koffie en suikerklontjes gebruikt om de betekenis van de constante van Planck uit te leggen:

in 2016, NIST-wetenschappers publiceerden een meting van de constante van Planck met een onzekerheid van slechts 34 delen per miljard, dat wil zeggen, goed, behoorlijk precies. Maar ze bleven experimenteren, en nu ze een aantal jaren aan gegevens hebben om mee te werken, ze hebben het kleine aantal nog verder aangescherpt. De nieuwe NIST-meting stelt de constante van Planck in op 6.626069934 x 10−34 kg∙m2/s, met een onzekerheid van slechts 13 delen per miljard.

De NIST-onderzoekers zijn een van de vele wetenschappelijke teams in landen variërend van Canada tot Zuid-Korea die wedijveren om de meest nauwkeurige waarde voor de constante van Planck te bedenken. Sommigen doen ook experimenten met de Kibble-balans, terwijl anderen de röntgenkristaldichtheidsmethode gebruiken, waarin ze het aantal siliciumatomen afleiden in een extreem ronde siliciumbol, aldus Schlamminger.

De NIST-fysicus merkte op dat het mogelijk zou kunnen zijn om de mate van onzekerheid in hun meting van de constante van Planck zelfs verder te verminderen dan de gepubliceerde waarde, tot 11 delen per miljard. Maar ze hopen dat het gepubliceerde aantal voldoende is om de kilogram te herdefiniëren, hij zei.

Max Planck, de Nobelprijswinnende Duitse natuurkundige die de constante van Planck in 1900 bedacht, had een zoon Erwin die betrokken was bij de mislukte moordaanslag op Adolf Hitler in 1944. Erwin werd in 1945 geëxecuteerd, ondanks een brief die zijn vader aan de nazi-dictator schreef om voor zijn leven te pleiten.