Gesmeed in 1879 en goedgekeurd door de Algemene Conferentie voor maten en gewichten op haar eerste vergadering, is Le Grand K, het internationale prototype van het kilogram, achter slot en grendel bewaard in een kluis buiten Parijs. BIPM hide caption
toggle caption
BIPM
Gemaakt in 1879 en bekrachtigd door de Algemene Conferentie voor maten en gewichten tijdens haar eerste vergadering, is Le Grand K, het internationale prototype van het kilogram, bewaard achter slot en grendel in een kluis buiten Parijs.
BIPM
Bijgewerkt om 8:40 a.m. ET, vrijdag
De stemming om de kilogram te herdefiniëren was, zoals verwacht, unaniem, met vertegenwoordigers van meer dan 50 landen die “ja” of “oui” zeiden op de historische vergadering in Versailles, Frankrijk.
Bill Phillips, een Nobelprijswinnaar van het National Institute of Standards and Technology in Maryland, vertelde de verzamelde afgevaardigden dat het baseren van de officiële definitie van de kilogram op een brok metaal in een kluis “een situatie was die duidelijk onduldbaar is.”
Hij zei dat in de 21e eeuw, het blijven definiëren van de internationale eenheid van massa met behulp van een object gemaakt in de 19e eeuw “schandalig” is.
Zijn collega’s waren het er duidelijk mee eens, aangezien geen enkel land stemde om de oude definitie te behouden.
Oorspronkelijke post:
De wereld staat op het punt au revoir te zeggen tegen Le Grand K, een cilinder van platina en iridium die lang heeft geheerst over ’s werelds systeem van gewichtsmeting.
Het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology in Maryland heeft zijn eigen kopie van Le Grand K – een platina-iridium kilogram bekend als K92. Op de achtergrond staan roestvrijstalen kilogrammassa’s. J.L. Lee/NIST hide caption
toggle caption
J.L. Lee/NIST
Het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology in Maryland heeft zijn eigen kopie van Le Grand K – een platina-iridium kilogram die bekend staat als K92. Op de achtergrond staan roestvrijstalen kilogrammassa’s.
J.L. Lee/NIST
Le Grand K werd in 1879 gesmeed en wordt bewaard in een afgesloten kluis buiten Parijs – vereerd en achter slot en grendel bewaard omdat zijn massa, iets meer dan 2 pond, de officiële definitie van de kilogram is.
Maar dit zal binnenkort veranderen. Vrijdag zal de internationale Algemene Conferentie voor maten en gewichten in Versailles, Frankrijk, bijeenkomen om te stemmen over een nieuwe definitie van de kilogram.
De stemming zal naar verwachting unaniem zijn, een loutere formaliteit na jaren van werk. In de toekomst zal het wereldmassasysteem niet meer gebaseerd zijn op een speciaal stuk metaal, maar op onveranderlijke kenmerken van het heelal – zoals de snelheid van het licht, de tijd en de constante van Planck, een getal dat wetenschappers helpt de energie van een foton licht te bepalen, gegeven de golflengte ervan. (De numerieke waarde van de constante van Planck is bij benadering 6,626 x 10-34 joule-seconde.)
“Het is fantastisch! Het is fantastisch! Het is geschiedenis in de maak,” enthousiasmeert Zeina Kubarych van het National Institute of Standards and Technology in Maryland, dat gespecialiseerd is in de wetenschap van het meten.
“We veranderen een systeem voor massaberekening dat we al 129 jaar hebben,” zegt ze. “Het is een enorme gebeurtenis.”
Kubarych werkt in een beveiligd, klimaatgecontroleerd laboratorium bij NIST dat een paar hurkvormige metalen cilinders bevat, elk onder – niet één maar twee – ouderwetse, glazen stolpen. De Verenigde Staten kregen deze officiële duplicaten van Le Grand K na ondertekening van het Verdrag van de Meter in 1875.
“Dit zijn onze nationale standaard kilogrammen,” legt Kubarych uit. “Dat is wat we gebruiken als basis van ons massaverspreidingssysteem in de Verenigde Staten.”
Deze antieke artefacten zijn erg belangrijk voor iedereen die vergelijkingen moet doen om ervoor te zorgen dat hun precieze metingen niet uit de haak zijn. Dat omvat meetlaboratoria van de staat die de weegschalen testen en certificeren die worden gebruikt in winkels en farmaceutische bedrijven, bijvoorbeeld, evenals de weegschalen die worden gebruikt door vliegtuigfabrikanten en makers van wetenschappelijke instrumenten.
“Het overspant vrijwel de meeste sectoren van de Amerikaanse industrie,” zegt Kubarych.
De officiële kilogrammen van de natie zijn zo kostbaar dat “we ze niet aanraken,” zegt Kubarych.
“We proberen ze niet eens met handschoenen aan te raken.”
In plaats daarvan worden de metalen artefacten voorzichtig opgeraapt met een speciaal gereedschap dat in filtreerpapier is gewikkeld – om te voorkomen dat er kleine krasjes of vingerafdrukken achterblijven die het gewicht zouden kunnen beïnvloeden.
En dat is het grote probleem met het baseren van een meetsysteem op de vergelijking van stukjes metaal. Als Le Grand K zwaarder of lichter wordt – of atomen van iets uit de lucht absorbeert – verandert de definitie van de kilogram letterlijk.
Wetenschappers geloven dat iets dergelijks is gebeurd, omdat Le Grand K nu iets minder lijkt te wegen dan zijn officiële exemplaren.
Misschien zouden sommige teeny fluctuaties er niet toe doen voor de gemiddelde persoon die, laten we zeggen, koffie op gewicht koopt in de supermarkt. Maar wetenschappers wanhopen bij het idee dat ze de werkelijkheid moeten proberen te begrijpen met metingen die voortdurend verschuiven.
Herdefiniëring van de kilogram betekent dat wetenschappers “iets afmaken waar waarschijnlijk al vóór de Franse Revolutie aan begonnen was,” merkt Stephan Schlamminger van NIST op.
Terug in die revolutionaire tijd hadden verlichtingsdenkers een hekel aan de wirwar van meetsystemen in de wereld – elk gebaseerd op een willekeurig object, zoals de lengte van de voet van een plaatselijke hertog. Hun radicale visie was om iets rationeels en universeels te creëren, zegt Schlamminger, die opmerkt dat het metrieke stelsel verondersteld werd “voor alle tijden te zijn; voor alle mensen.”
De bedenkers van het metrieke stelsel baseerden het op de aardbol zelf, waarbij de meter werd omschreven als één 10-miljoenste van de afstand van de Noordpool tot de evenaar.
Maar lange tijd was de meter letterlijk een metalen staaf in Frankrijk.
Naarmate de natuurkunde vorderde, aldus Schlamminger, konden wetenschappers de metalen staaf dumpen en de meter definiëren in termen van de afstand die licht door een vacuüm kan afleggen in ongeveer één 300-miljoenste van een seconde.
“En dit,” zegt Schlamminger, “is het idee om van een artefact naar een fundamentele constante te gaan.”
Nu, nadat onderzoekers jaren bezig zijn geweest met het maken van een uitgebreid nieuw soort weegtoestel, een Kibble-balans genaamd, is het eindelijk de beurt aan de kilogram.
In de toekomst, om te zien of een brok metaal echt 1 kilogram weegt, hoeft het niet meer naar Frankrijk te worden gevlogen en vergeleken met Le Grand K. Het kan worden geëvalueerd in dit type instrument, met behulp van de constante van Planck.
Schlamminger en twee van zijn collega’s zijn zo toegewijd aan het herdefiniëren van de kilogram dat ze onlangs tatoeages hebben laten zetten met de getallen van de constante van Planck.
NIST’s Jon Pratt, een van de getatoeëerde onderzoekers, zegt dat het precies meten van de constante van Planck moeilijk was, net als het overtuigen van de wereld om over te stappen op een nieuwe kilogram die daarop is gebaseerd.
“Er waren veel commissies en vechtpartijen en hemming en hawing over dit,” zegt Pratt. “Dus we wisten wat ons te wachten stond. We wisten dat het pijnlijk zou worden. En we waren het er allemaal over eens dat we het nummer zouden krijgen als we het voor elkaar hadden.”
Als de stemming verloopt zoals verwacht, zal de nieuwe definitie van de kilogram in mei van kracht worden.
Tussen zal Le Grand K in zijn eenzame kluis blijven.
“Het is een historisch artefact dat al 140 jaar wordt bestudeerd en een beetje metrologisch belang zal behouden,” zegt zijn beheerder, het Bureau International des Poids et Mesures, “ook al zal zijn massa niet langer de kilogram definiëren.”