Wetenschappers hebben de definitie van de kilogram veranderd. Tot voor een paar dagen was de kilogram nog gedefinieerd als het gewicht van een platina/iridium prototype (‘Le grand K’) dat op het Bureau international des poids et mesures te Sèvres (Frankrijk) veilig opgesloten in een kluis wordt bewaard.

Op 16 november 2018 is echter tijdens de General Conference on Weights and Measures in Versailles besloten deze definitie te laten vallen en de kilogram in termen van elektrische stroom te definiëren.

Waarom moest de oude kilogram sterven?

Le grand K vormde sinds 1889 het boegbeeld van het internationale systeem om gewichten te meten. Er zijn diverse uiterst nauwkeurige kopieën van het origineel gemaakt die op verschillende plaatsen worden bewaard. Die kopieën zijn echter niet absoluut gelijk aan het prototype, en bovendien blijkt het gewicht in de loop der jaren door externe invloeden te veranderen, ook al is dat nog zo weinig.

In een wereld waar nauwkeurige metingen op veel gebieden van levensbelang zijn (denk aan nanotechnologie en satelliet-navigatiesystemen) hadden de hoeders van wat nu het SI (Système International) heet geen andere mogelijkheid dan een meer robuuste definitie van de kilogram te bedenken.

Hoe verkeerd is Le grand K?

De afwijkingen bedraag slechts 50 delen op een miljard ― minder dan het gewicht van een ooghaartje. Maar hoewel dat bijna niets is, kan zo’n afwijking verreikende gevolgen hebben. Daarom wordt overgegaan op een elektrische meting stabieler, nauwkeuriger en ‘democratischer’ is.

De nieuwe kilogram

De kracht die een elektromagneet op een metalen object uitoefent, is direct gerelateerd aan de elektrische stroom door de spoel van die magneet. Er is dus een rechtstreeks verband tussen elektriciteit en gewicht.

De constante van Planck is een natuurconstante die gewicht en elektrische stroom met elkaar in verband brengt. Deze wordt met de kleine letter h wordt aangegeven. Het probleem is dat h een ongelooflijk kleine waarde heeft en navenant moeilijk gemeten kan worden.

Kibble-balans

De wetenschapper Bryan Kibble is het echter gelukt om een extreem nauwkeurige weegschaal te bouwen. Deze Kibble-balans (gebaseerd op de al veel langer bekende stroombalans) heeft een elektromagneet die de ene zijde omlaag trekt, en een gewicht ― bijvoorbeeld een kilogram ― aan de andere kant. De elektrische stroom door de elektromagneet wordt zo ingesteld dat de balans perfect in evenwicht is.

‘Die kleine h’

Door de stroom door de elektromagneet met ongekende precisie te meten, was het mogelijk de waarde van h met een nauwkeurigheid van 0,000001% te bepalen ― geen geringe prestatie wanneer we bedenken dat h een waarde heeft in de orde van grootte van 6,6 x 10–34 Js... Hiermee werd een herdefinitie van de kilogram mogelijk ― een definitie die democratisch genoemd mag worden omdat iedereen met een Kibble-balans gewichten kan controleren, waar ook ter wereld.

De officiële ingangsdatum van de nieuwe definitie is 20 mei 2019.
 

Bron: National Institute of Standards and Technology (NIST)
 

Bron: Practical Engineering