Kilogrammet väger inte ett kilo längre. Denna sorgliga nyhet tillkännagavs under ett seminarium på CERN på torsdagen, 26 oktober av professor Klaus von Klitzing, som tilldelades Nobelpriset i fysik 1985 för upptäckten av den kvantiserade Hall -effekten. "Vi är på väg att bevittna en revolutionerande förändring i hur kilogrammet definieras, "förklarade han.

Tillsammans med sex andra enheter - mätare, andra, ampere, kelvin, mol, och candela - kilogrammet, en massenhet, är en del av International System of Units (SI) som används som grund för att uttrycka varje mätbart objekt eller fenomen i naturen i siffror. Denna enhets nuvarande definition är baserad på en liten platina- och iridiumcylinder, känd som "le grand K", vars massa är exakt ett kilo. Cylindern tillverkades 1889 och, sedan dess, har förvarats säkert under tre glasklockor i ett högsäkerhetsvalv i utkanten av Paris. Det finns ett problem:det nuvarande standardkilogramet går ner i vikt. Cirka 50 mikrogram, vid den senaste kontrollen. Tillräckligt för att skilja sig från dess en gång identiska kopior lagrade i laboratorier runt om i världen.

För att lösa detta vikt (y) problem, forskare har letat efter en ny definition av kilogrammet.

Vid den fyraåriga generalkonferensen om vikter och mått 2014, det vetenskapliga metrologiska samhället formellt enades om att omdefiniera kilogrammet i termer av Planck -konstanten (h), en kvantmekanisk mängd som relaterar en partikels energi till dess frekvens, och, genom Einsteins ekvation E =mc2, till dess massa. Plancks konstant är en av de grundläggande talen i vårt universum, en kvantitet som är universellt fastställd i naturen, såsom ljusets hastighet eller den elektriska laddningen av en proton.

Plancks konstant kommer att tilldelas ett exakt fast värde baserat på de bästa mätningarna som erhålls över hela världen. Kilogrammet kommer att omdefinieras genom förhållandet mellan Plancks konstant och massa.

"Det finns inget att oroa sig för, "säger Klaus von Klitzing." Det nya kilot kommer att definieras på ett sådant sätt att (nästan) ingenting kommer att förändras i vårt dagliga liv. Det kommer inte att göra kilot mer exakt heller, det kommer bara att göra det mer stabilt och mer universellt. "

Dock, omdefinieringsprocessen är inte så enkel. Internationella kommittén för vikter och mått, det styrande organet som ansvarar för att säkerställa internationellt avtal om mätningar, har ställt strikta krav på förfarandet som ska följas:tre oberoende experiment som mäter Planck -konstanten måste komma överens om det härledda värdet för kilogrammet med osäkerheter under 50 delar per miljard, och minst en måste uppnå en osäkerhet under 20 delar per miljard. Femtio delar per miljard i detta fall motsvarar cirka 50 mikrogram - ungefär vikten av en ögonfrans.

Två typer av experiment har visat sig kunna koppla Planck -konstanten till massan med en sådan extraordinär precision. En metod, ledd av ett internationellt team som kallas Avogadro -projektet, innebär att räkna atomerna i en kisel-28-sfär som väger samma som referenskilogrammet. Den andra metoden innebär en slags skala som kallas en watt (eller Kibble) balans. Här, elektromagnetiska krafter uppvägs av en testmassa kalibrerad enligt referenskilogrammet.

Och det var där den viktiga upptäckten som Klaus von Klitzing gjorde 1980, som gav honom Nobelpriset i fysik, spelar in. För att få extremt exakta mätningar av ström och spänning som utgör de elektromagnetiska krafterna i wattbalansen, forskare använder två olika kvantelektriska universalkonstanter. En av dessa är von Klitzing -konstanten, som är känd med extrem precision, och kan i sin tur definieras i termer av Planck -konstanten och elektronens laddning. Von Klitzing -konstanten beskriver hur motstånd kvantiseras i ett fenomen som kallas "quantum Hall -effekten", ett kvantmekaniskt fenomen som observeras när elektroner är begränsade i ett extremt tunt metallskikt som utsätts för låga temperaturer och starka magnetfält.

"Det här är verkligen en stor revolution, "säger von Klitzing." Faktum är att det har kallats den största revolutionen inom metrologi sedan den franska revolutionen, när det första globala enhetssystemet introducerades av French Academy of Sciences. "

CERN spelar sin roll i denna revolution. Laboratoriet deltog i ett metrologiprojekt som lanserades av Swiss Metrology Office (METAS) för att bygga en wattbalans, som kommer att användas för att sprida definitionen av det nya kilogrammet genom extremt exakta mätningar av Planck -konstanten. CERN utgjorde ett avgörande element i wattbalansen:magnetkretsen, som behövs för att generera de elektromagnetiska krafter som balanseras av testmassan. Magneten måste vara extremt stabil under mätningen och ge ett mycket homogent magnetfält.