Sökandet efter ”det nya kilogrammet”
Klotet av mycket rent silikon i Avogadroexperimentet reflekterar en kopia av den internationella kilogramprototypen, det sista exemplet på en SI-enhet som definieras med en fysisk kropp. (Foto från Physikalisch-Technische Bundesanstalt)


Kilogrammet, basenheten för massa enligt SI-systemet, definieras för närvarande som massan av den internationella kilogramprototypen, IPK, en cylinder bestående av platina och iridium som tillverkades på 1880-talet tillsammans med flera officiella kopior.

På 1950-talet upptäckte Internationella byrån för mått och vikt, PIPM, i Frankrike, som förvarar kilogramprototypen och dess kopior, att prototypens massa hade avvikit från kopiornas massa. Denna upptäckt blev startskottet för arbetet med att omdefiniera kilogrammet med hjälp av konstanter baserade på grundläggande fysikaliska egenskaper snarare än i föremål tillverkade av människan.

I oktober 2010 tog Internationella kommittén för mått och vikt, CIPM, fram ett förslag om att definiera kilogrammet med hjälp av Plancks konstant, en konstant inom kvantmekaniken. Emellertid måste man först hitta ett mer exakt värde på Plancks konstant.

– Internationell konsensus har nåtts om att kilogrammet inom en snar framtid ska omdefinieras baserat på ett fixt värde på Plancks konstant, sade Michael Stock på BIPM i ett pressmeddelande.

– Våra experiment går framåt. Det är dock för tidigt att implementera den nya definitionen av kilogrammet ännu. Experter inom massmetrologi rekommenderar att en ny definition av kilogrammet baserat på Plancks konstant inte ska implementeras förrän det finns en samstämmighet i resultaten av de experiment som genomförs i laboratorier runt om i världen.

Ett sätt att bestämma ett mer exakt värde på Plancks konstant är i sin tur beroende av ett tal, känt som Avogadros konsant. I en artikel som publicerades i tidskriften Physical Review Letters redogör forskare i detalj för hur de har bestämt Avogradros konstant med ”en noggrannhet som saknar motstycke”.

Teamet, där forskare från Tyskland, Japan, Australien, Schweiz, USA, Italien, Frankrike och Belgien deltog, startade 2004 med att skapa en 5 kilo tung kristall av mycket rent silikon-28. Från den kunde de skära ut två klot på vardera 1 kilo. Målet var att ”räkna” antalet silikonatomer i ett klot, där resultatet skulle vara ekvivalent med Avogadros konstant.

Forskarna kunde bestämma Avogadros konstant till ett absolutfel på 0,00000003, innebärande att beräkningen är ”den mest exakta informationen för en ny definition av kilogrammet”, enligt artikeln.

Teamet måste dock uppnå ett absolutfel på 0,00000002 innan den nuvarande standarden med kilogramprototypen kan ersättas.

”Samstämmigheten mellan de olika försöken är ännu inte så bra som det krävs för att ersätta kilogramprototypen [av platina-iridium], men med tanke på den skicklighet som redan utvecklats och de synliga förbättringarna verkar det realistiskt att den felmarginal man siktar på kan uppnås inom en nära framtid”, sammanfattade författarna.

Kilogrammet är den enda SI-enheten som fortfarande definieras genom en produkt istället för med en grundläggande naturlig konstant. Enligt BIPM:s hemsida kommer förändringarna i kilogramprototypens massa och framtida förändringar i definitionen av kilogrammet ”endast att vara av praktisk betydelse för masskretsar” och inte ha någon påverkan på det dagliga livet.

Översatt från engelska