I Sèvres, en liten kommun i utkanten av Paris, ligger en glänsande metallklump lika stor som en handflata. Le Grand K, eller Big K som de kallar platina- och iridiumlegeringen, sitter under jorden i ett högsäkerhetsvalv. Den hålls under tre glasburkar, och kan endast hämtas med tre separata nycklar, var och en innehas av olika individer.

Tvärtemot till synes, manipulering och stöld är inte det största bekymret för dem som vaktar Big K. Istället, artefaktens väktare har tillbringat de senaste åren med att oroa sig för att legeringen inte riktigt lever upp till det rykte som den har haft under det senaste århundradet – att den inte längre är exakt ett kilo i massa, men mikrogram lättare.

Att vara borta med ungefär vikten av ett sandkorn kan tyckas trivialt, men Big K är den internationella prototypen av Kilogram. Med andra ord, det är guldstandarden som alla andra kilogram i världen mäts mot. Den minsta skillnaden i Big K:s noggrannhet påverkar områden som medicin, elektronik och teknik, sektorer där exakta mätningar är avgörande. Men ett fluktuerande kilo har också porlande effekter på andra fenomen – som kraft, energi och ljusstyrka – som använder den som byggsten för mätningar.

På grund av de vidsträckta konsekvenserna ett oprecis Big K har, forskare letar nu efter en mer tillförlitlig och stabil standard för kilogram - en som inte centreras på ett enda metallstycke. Deras mål:att omdefiniera kilogram med en ny fysisk standard i slutet av 2018.

"Vi är på väg att bevittna en revolutionerande förändring i hur kilogram definieras, " sa fysikern Klaus von Klitzing när han talade på CERN i oktober förra året. Von Klitzing, som vann Nobelpriset i fysik 1985, är en av forskarna som är involverade i kilogramets makeover.

Ändringen, många argumenterar, är sen länge. Kilogrammet är en av sju basenheter som utgör International System of Units (SI), det mest använda mätsystemet i världen idag. Ursprungligen definierades både kilogram och mätare av prototyper och tiden bestämdes av jordens rotation, Men under tiden är fler och fler basenheter kopplade till fysiska naturkvantiteter som förblir desamma oavsett tid eller plats.

En sekund, till exempel, definieras som den tid det tar för cesium-133-atomen att slutföra 9, 192, 631, 770 strålningsperioder för en specificerad övergång. En meter brukade representeras av en metallstång förvarad bredvid Big K i Frankrike, men definieras nu av hur långt ljuset färdas i vakuum under 1/299, 792, 458 av en sekund.

Kilogrammet förblir den enda SI-enheten som representeras av en instabil artefakt. Så 2014, medlemmar av generalkonferensen om vikter och mått, det internationella organ som övervakar SI-systemet, röstade för att omdefiniera kilogram i termer av Plancks konstant, en grundläggande konstant för kvantmekaniken.

Omdefinieringen är en stor sak, säger John Pratt från National Institute of Standards and Technology (NIST), det organ som ansvarar för standardiseringen av vikter och mått i USA. Den nya definitionen innebär att vi kan byta från "en 1800-talsdefinition av massa till en mer 2000- eller 2200-talsdefinition av massa, ", sa Pratt. "Vi skulle kunna få det baserat på en idé mer än ett föremål."

När guldmyntfoten är instabil, som Big K har bevisat, det är ett "stort besvär, " sa Pratt. Big K:s oförklarade viktminskning innebär att dess systercylindrar – gjutna från Big K och skickade runt om i världen för kalibrering – inte längre är identiska med guldstandarden. NIST:s kopior, till exempel, skiljer sig från Big K med ungefär 45 mikrogram, vikten av en ögonfrans. Det här orsakade förödelse för flera år sedan, leder till att NIST återutfärdar certifikat för sina kilogram, och företag som producerar vikter baserade på NISTs standarder måste tillverka nya.

Att omdefiniera kilogram enligt Plancks konstant hjälper till att undvika sådana problem helt och hållet. Dock, fysiker måste först få ett tillräckligt bra mått på Plancks konstant, det kvantmekaniska talet som relaterar hur en partikels energi är relaterad till dess frekvens och, genom E=mc2, till sin massa. När forskare tilldelar Plancks konstant ett exakt fast värde, de kommer att kunna härleda en ny definition för kilogram.

Två typer av experiment pågår för närvarande, båda försöker mäta Plancks konstant med extraordinär precision. Det första är Avogadro-projektet, leds av ett internationellt team av forskare. Det går ut på att räkna antalet atomer i två sfärer av kisel som var och en väger samma som Big K. Med detta antal – det exakta antalet atomer som utgör en viss substans – kan forskare beräkna Avogadros konstant, omvandla det till ett värde för Plancks konstant och relatera på så sätt kilogram till atommassa.

Den andra metoden använder en enhet som kallas watt, eller kibble, balans. Det är en sorts skala som producerar ett värde för Plancks konstant genom att mäta en en-kilos testmassa, kalibrerad med Big K, mot elektromagnetiska krafter. Plancks konstant är proportionell mot mängden elektromagnetisk energi som krävs för att balansera massan.

För att beräkna strömmen och spänningen som utgör den elektromagnetiska kraften, fysiker på NIST, som leder projektet, använd två olika universella konstanter. Den ena är Josephson-konstanten, medan den andra är von Klitzing-konstanten. Det var upptäckten av det senare, del av Quantum Hall Effect, som gav von Klitzing 1985 års Nobelpris i fysik.

Fem år tidigare, von Klitzing, från Max Planck Institute for Solid State Research i Tyskland, genomfört experiment för att observera effekten av magnetfält som appliceras på halvledare som hade kylts till extremt låga temperaturer. Han upptäckte att i hans experiment steg det elektriska motståndet stegvis - en heltalsbråkdel av ett specifikt tal, 25, 812.807 ohm, som nu kallas von Klitzing-konstanten.

Quantum Hall Effect, som fenomenet kallas, används nu globalt för att kalibrera elektriska motstånd. Forskare kan använda von Klitzing-konstanten för att mäta ström i en wattbalans.

"Med hjälp av grundläggande konstanter, vi har möjlighet att etablera enheter som med nödvändighet behåller sin betydelse för alla kulturer, även överjordiska och mänskliga, " var ett visionärt uttalande av Max Planck för mer än 100 år sedan och idag har vi chansen att förverkliga denna vision. Quantum Hall Effect utlöste denna insikt.

Von Klitzing kommer att vara i Singapore senare denna månad för att delta i det årliga Global Young Scientists Summit. Det fem dagar långa evenemanget, organiserad av National Research Foundation Singapore, syftar till att underlätta interaktioner mellan ljusa, unga internationella forskare med framstående vetenskapsmän för att diskutera nyckelområden inom vetenskap och forskning, teknisk innovation och samhälle, och lösningar på globala utmaningar.

Bland de ämnen som diskuteras är kilogrammets makeover. I november, medlemmar av generalkonferensen om vikter och mått kommer att samlas i Versailles, Frankrike, att rösta om den nya definitionen av kilogram, vid sidan av amperens, kelvin och mullvad. Om det godkänns, de uppdaterade och fasta värdena träder i kraft den 20 maj, 2019, på Världsmätningsdagen.