De kilogram weegt geen kilogram meer. Dit droevige nieuws werd donderdag bekendgemaakt tijdens een seminar op CERN, 26 oktober door professor Klaus von Klitzing, die in 1985 de Nobelprijs voor de natuurkunde ontving voor de ontdekking van het gekwantiseerde Hall-effect. "We staan ​​op het punt getuige te zijn van een revolutionaire verandering in de manier waarop de kilogram wordt gedefinieerd, " verklaarde hij.

Samen met zes andere eenheden – meter, tweede, ampère, kelvin, wrat, en candela – de kilogram, een eenheid van massa, maakt deel uit van het International System of Units (SI) dat als basis wordt gebruikt om elk meetbaar object of fenomeen in de natuur in getallen uit te drukken. De huidige definitie van dit apparaat is gebaseerd op een kleine platina- en iridiumcilinder, bekend als "le grand K", waarvan de massa precies één kilogram is. De cilinder werd vervaardigd in 1889 en, Vanaf dat moment, is veilig bewaard onder drie glazen stolpen in een zwaarbeveiligde kluis aan de rand van Parijs. Er is één probleem:de huidige standaardkilo is afvallen. Ongeveer 50 microgram, ten laatste controleren. Genoeg om anders te zijn dan de ooit identieke kopieën die in laboratoria over de hele wereld zijn opgeslagen.

Om dit gewicht (y) probleem op te lossen, wetenschappers hebben gezocht naar een nieuwe definitie van de kilogram.

Tijdens de vierjaarlijkse Algemene Conferentie over maten en gewichten in 2014, de wetenschappelijke metrologische gemeenschap heeft formeel ingestemd om de kilogram opnieuw te definiëren in termen van de Planck-constante (h), een kwantummechanische grootheid die de energie van een deeltje relateert aan zijn frequentie, en, door de vergelijking van Einstein E = mc2, tot zijn massa. De constante van Planck is een van de fundamentele getallen van ons universum, een universeel in de natuur vastgelegde hoeveelheid, zoals de lichtsnelheid of de elektrische lading van een proton.

De constante van Planck krijgt een exacte vaste waarde toegewezen op basis van de beste metingen die wereldwijd zijn verkregen. De kilogram zal opnieuw worden gedefinieerd door de relatie tussen de constante van Planck en de massa.

"Er is niets om je zorgen over te maken, ", zegt Klaus von Klitzing. "De nieuwe kilogram zal zo worden gedefinieerd dat er (vrijwel) niets verandert in ons dagelijks leven. Het zal de kilogram ook niet nauwkeuriger maken, het zal het alleen maar stabieler en universeler maken."

Echter, het herdefinitieproces is niet zo eenvoudig. Het Internationaal Comité voor Maten en Gewichten, het bestuursorgaan dat verantwoordelijk is voor het waarborgen van internationale overeenstemming over metingen, heeft strikte eisen gesteld aan de te volgen procedure:drie onafhankelijke experimenten die de Planck-constante meten, moeten overeenstemming bereiken over de afgeleide waarde van de kilogram met onzekerheden van minder dan 50 delen per miljard, en ten minste één moet een onzekerheid van minder dan 20 delen per miljard bereiken. Vijftig delen per miljard is in dit geval gelijk aan ongeveer 50 microgram - ongeveer het gewicht van een wimper.

Twee soorten experimenten zijn in staat gebleken om de constante van Planck met zo'n buitengewone precisie te koppelen aan massa. een methode, geleid door een internationaal team dat bekend staat als het Avogadro-project, omvat het tellen van de atomen in een silicium-28 bol die hetzelfde weegt als de referentiekilogram. De tweede methode omvat een soort schaal die bekend staat als een watt- (of brokjes) balans. Hier, elektromagnetische krachten worden gecompenseerd door een testmassa die is gekalibreerd volgens het referentiekilogram.

En dat is waar de belangrijke ontdekking van Klaus von Klitzing in 1980, waarmee hij de Nobelprijs voor Natuurkunde kreeg, komt in het spel. Om uiterst nauwkeurige metingen te krijgen van de stroom en spanning die de elektromagnetische krachten in de wattbalans vormen, wetenschappers gebruiken twee verschillende kwantum-elektrische universele constanten. Een daarvan is de constante van von Klitzing, die met uiterste precisie bekend is, en kan op zijn beurt worden gedefinieerd in termen van de constante van Planck en de lading van het elektron. De constante van von Klitzing beschrijft hoe weerstand wordt gekwantificeerd in een fenomeen dat het "quantum Hall-effect" wordt genoemd. een kwantummechanisch fenomeen dat wordt waargenomen wanneer elektronen worden opgesloten in een extra dunne metalen laag die wordt blootgesteld aan lage temperaturen en sterke magnetische velden.

"Dit is echt een grote revolutie, "zegt von Klitzing. "In feite, het is de grootste revolutie in de metrologie sinds de Franse Revolutie genoemd, toen het eerste wereldwijde systeem van eenheden werd geïntroduceerd door de Franse Academie van Wetenschappen."

CERN speelt zijn rol in deze revolutie. Het laboratorium nam deel aan een metrologieproject gelanceerd door het Zwitserse Metrologiebureau (METAS) om een ​​wattbalans op te bouwen, die zal worden gebruikt om de definitie van de nieuwe kilogram te verspreiden door middel van uiterst nauwkeurige metingen van de Planck-constante. CERN zorgde voor een cruciaal element van de wattbalans:het magnetische circuit, die nodig is om de elektromagnetische krachten op te wekken die door de testmassa worden gecompenseerd. De magneet moet tijdens de meting extreem stabiel zijn en zorgen voor een zeer homogeen magneetveld.