Om du är bekant med grunderna i metrisk konvertering, du vet att 2,2 pund motsvarar 1 kilo. Men hur mycket väger ett kilo, exakt? Hur definierar man ett abstrakt begrepp som en måttenhet? Sedan 1875 har den exakta vikten av ett kilo har definierats av den internationella prototypen för kilogrammet, en cylinder tillverkad av en legering som är 90 procent platina, 10 procent iridium, och sitter inlåst i ett miljöreglerat valv utanför Paris. Var 40:e år, det har tagits bort och jämförts med ett halvt dussin kopior runt om i världen, som i sin tur används som modeller för replika vikter runt om i världen.

Det systemet var OK i slutet av 1800 -talet. Men idag, med superprecisa mätningar som behövs för läkemedelsproduktion, kemi, astrofysik och andra strävanden, det fungerar inte längre så bra. Lägg därtill ett annat problem - efter nästan ett och ett halvt sekel, den har gått upp i vikt, tack mest troligt föroreningar som gradvis har ackumulerats på dess yta.

Det är därför Internationella kommittén för vikter och mått, det styrande organet som kontrollerar vad det innebär att väga ett kilo, är intresserad av att byta från en fysisk standard till en baserad på någon grundläggande standard i naturen - något som forskare kan replikera i laboratorier över hela planeten.

Forskare för den amerikanska regeringens National Institute of Standards and Technology (NIST) säger att de har gjort ett genombrott som kan lösa problemet. Med hjälp av en ny maskin som heter NIST-4, de har bestämt ett mer exakt värde för Plancks konstant, ett riktigt litet antal (och en grundläggande fysisk mängd) som används i kvantfysiken för att beräkna mängden energi som överförs av en enda foton.

Plancks konstant kan också användas för att definiera kilogram, eftersom det också är en grundläggande konstant - något som inte förändras i vårt universum - och forskare kan utföra experiment för att avgöra vad det är. "Vi kan fixa enheten och fråga naturen, "Vad är det numeriska värdet för den grundläggande konstanten som använder dessa enheter?", Sade NIST -fysikern Stephan Schlamminger i ett mejl. "Eller annars, vi kan fixa det numeriska värdet och använda experimentet för att bestämma enhetens storlek. "

För att beräkna Plancks konstant mer exakt, NIST -forskare använde en enhet som kallades en Kibble -balans, uppkallad efter den brittiska fysikern som uppfann tekniken. Enheten "jämför elektrisk kraft med mekanisk effekt, "sa Schlamminger." Effekt mäts i wattenheter. Mekanisk kraft ges av kraft gånger hastighet. I balansen är kraften vikten av en massstandard. Elektrisk effekt kan mätas som en produkt av två frekvenser och Planck -konstanten. Dessa har att göra med två kvantmekaniska effekter som används för att mäta spänning och motstånd. Därav, massenheten kan kopplas till Planck -konstanten. "

Här är en video där NIST -fysikern Darine Haddad använder en kopp kaffe och sockerbitar för att förklara betydelsen av Plancks konstant:

2016, NIST -forskare publicerade en mätning av Plancks konstant med en osäkerhet på bara 34 delar per miljard, vilket är, väl, ganska jävla exakt. Men de fortsatte experimentera, och nu när de har flera års data att arbeta med, de har finslipat det lilla antalet ytterligare. Den nya NIST -mätningen sätter Plancks konstant på 6,626069934 x 10−34 kg ∙ m2/s, med en osäkerhet på bara 13 delar per miljard.

NIST -forskarna är ett av många vetenskapliga team i länder som sträcker sig från Kanada till Sydkorea som tävlar om att komma med det mest exakta värdet för Plancks konstant. Vissa utför också experiment med Kibble -balansen, medan andra använder röntgenkristalldensitetsmetoden, där de utgår från antalet kiselatomer i en extremt rund kiselsfär, Sa Schlamminger.

NIST -fysikern noterade att det kan vara möjligt att minska graden av osäkerhet i deras mätning av Plancks konstant ännu längre än det publicerade värdet, ner till 11 delar per miljard. Men de hoppas att det publicerade numret är tillräckligt för att omdefiniera kilogrammet, han sa.

Max Planck, den nobelvinnande tyska fysikern som utarbetade Plancks konstant 1900, hade en son Erwin som var inblandad i det misslyckade försöket att mörda Adolf Hitler 1944. Erwin avrättades 1945, trots ett brev som hans far skrev till nazistdiktatorn för att vädja om sitt liv.