De race om de kilogram opnieuw te definiëren

In Parijs, achter een kluisdeur die drie sleutels nodig heeft om hem te ontgrendelen, is de kostbaarste klomp platina-iridium ter wereld. Voor de toevallige toeschouwer, het is moeilijk om een ​​geldwaarde toe te kennen aan het forfait, maar voor een groep wetenschappers is het een praktisch onschatbare hoop metaal die goud een aanzet geeft voor zijn waarde.

Deze klomp doet immers de ongelooflijk belangrijke taak om de standaard voor de kilogram te zijn. Maar een internationale groep onderzoekers is hard aan het werk om de kilogram opnieuw te definiëren en dit gewaardeerde item overbodig te maken.

"Het kilogram-artefact is eigenlijk echt iets geweldigs", zegt Alan Steele, de hoofdmetroloog bij de National Research Council of Canada. "Maar het is niet fundamenteel, het is niet fundamenteel - het is maar een ding, en als er iets met dat ding zou gebeuren, zouden we in de problemen zitten."

Steele maakt deel uit van een groep die op kruistocht is om de kilogram opnieuw te definiëren. Het gewicht zou niet veranderen - die zuignap zit nog steeds behoorlijk op ongeveer 2,2 pond - maar Steele en zijn collega's denken dat het hoog tijd is voor een massale update, één die is gebaseerd op een "fundamentele constante" - een inherent universeel eigendom, vergelijkbaar met zoiets als de snelheid van het licht - in plaats daarvan.

Voordat je denkt dat de kilogram kruistocht het werk is van een groepje gekke wetenschappers, is dat niet het geval. De update vereist een 'scientific tour de force', zegt Steele, omdat het definiëren van de eenheid op basis van fundamentele constanten drie experimenten vereist, in twee verschillende methoden, in meerdere landen. Het is ongelooflijk moeilijk om consensus te bereiken over alle drie experimenten in beide systemen. "Dit zijn gewoon heel mooie experimenten, met geweldige, gemakkelijk te verklaren concepten," zegt hij, "maar man, is de duivel in de details."

Om uit te vinden hoe de kilogram moet worden gemeten, moet de fundamentele constante worden gedefinieerd - bij natuurkundigen bekend als 'de constante van Planck' - binnen een onzekerheid van 50 delen per miljard. In Engels? Dat is mooi, mooi, behoorlijk exact. Sommige chemielaboratoria meten dit door het aantal atomen in een bol van silicium van een kilogram te berekenen. Maar anderen gebruiken een fysische benadering, waarbij ze een apparaat gebruiken dat een brokkelig saldo wordt genoemd, dat energie en elektrische constanten gebruikt om de meting uit te voeren. De truc is dat de chemie en fysica benaderingen om Planck's constante te definiëren moeten evenaren - en het equivalent maken van de systemen is nog nooit eerder gebeurd.

Het herdefiniëren van onze meeteenheden is "een gebeurtenis die waarschijnlijk één keer in ons leven plaatsvindt", zegt Stephan Schlamminger, een fysicus bij het National Institute of Standards and Technology. Zijn team heeft een meting van de constante van Planck gedaan met een fout van 34 delen per miljard (in de wetenschap, hoe kleiner de fout, hoe beter, dus 34 delen per miljard is absoluut een goed teken vergeleken met het door de industrie geaccepteerde maximum van 50 delen per miljard). Tot nu toe is er een internationale consensus voor het aantal en Schlamminger hoopt tegen 1 juli 2017 dichter bij perfectie te komen met een fout van 20 delen per miljard, wanneer het Internationaal Bureau voor Gewichten en Meetmiddelen alle metingen verzamelt die moeten worden verwerkt in het internationale gemiddelde. Zodra dit alles is gebeurd, zal in november 2018 over het definitieve nummer worden gedebatteerd en gestemd.

"Voor de eindgebruiker verloopt de overgang naadloos; je zult het verschil niet weten ", zegt Schlamminger over de verandering. Maar voor de wetenschappelijke gemeenschap zullen herdefiniëring van deze eenheden van onschatbare waarde zijn, waardoor die brok in Parijs een symbool wordt van een nieuw begrip van fundamentele metingen van het universum - en dat is een opschepperij die de meeste bulten gewoon niet hebben.