Kvantespring for masse, da videnskaben omdefinerer kilogrammet

Forseglet i en hvælving under en hertuges tidligere fornøjelsespalads blandt de sycamore-streakerede skove vest for Paris sidder et objekt på størrelse med et æble, der bestemmer verdens vægt.

Smedet på baggrund af videnskabelig og politisk omvæltning efter den franske revolution, en enkelt, lille cylinder af platin-iridiumlegering har stort set ligget uforstyrret i næsten 130 år som verdens benchmark for hvad, præcist, er et kilo.

Den internationale prototype af kilogrammet, eller "Le Grand K" som det er ømt kendt, er en af ​​videnskabens mest hellige relikvier, en analog, som alle andre vægte sammenlignes med, og et totem af det metriske system, der ledsagede frihedens epoke, ligestilling og broderskab.

Det er så æret, faktisk, at det kun er blevet vejet fire gange siden 1889, og rummet, der huser det i Pavillion de Breteuil, må kun åbnes, når de tre levende nøgleholdere - som af sikkerhedsmæssige årsager skal være af forskellige nationaliteter - drejer låsen samtidigt.

Og alligevel er det snart uden job.

Hundredvis af forskere fra hele verden vil i denne uge samles i Versailles -palassets overdådighed til den 26. generalkonference om vægte og mål.

Der, i en handling, der forsinket opfyldte det metriske systems grundløfte om "For alle aldre, for alle mennesker ", de vil erstatte Grand K med en universel formel, der definerer kilogrammet ved hjælp af naturens kvantelove.

"Kilogrammet er den sidste måleenhed baseret på et fysisk objekt, "sagde Thomas Grenon, direktør for Frankrigs nationale laboratorium for metrologi og testning.

"Problemet er, at det har haft et liv, det kan svinge. Det er ikke godt nok, givet det præcisionsniveau, vi har brug for i dag. "

Hvad er der i et sekund?

Med vedtagelsen af ​​det metriske system, forskere i slutningen af ​​1700 -tallet havde brug for at kodificere en enkelt struktur, der udtrykte afstand, tid, elektriske processer og masse i lignende, overførbar, måleenheder.

De definerede en meter som en ti milliontedel af Jordens kvadrant - løbende gennem Paris, naturligt.

"Vi ser nu tilbage og siger, at den proces, de gennemgik, var ret god, vi ville ikke gøre det meget anderledes i dag, "sagde Martin Milton, direktør for BIPM, den internationale forvalter af vores målesystemer.

Måleren blev til gengæld brugt til at definere masse:uanset hvor meget en vejet decimeter (10 cm x 10 cm x 10 cm) vand, der vejes, fremover vil blive betegnet et kilogram.

Men videnskaben har bevæget sig siden revolutionens dage.

En meter er nu defineret af, hvor langt lyset bevæger sig i et vakuum i løbet af en brøkdel af et sekund.

Den anden selv blev tidligere udtrykt i forhold til Jordens rotation. Men siden 1960’erne har det har officielt været den tid, det tager et cæsium-133 atom at svinge 9, 192, 631, 770 gange - ikke en revolution mindre.

I stedet for at forholde sig til massen af ​​et enkelt fysisk objekt, kilogrammet vil fremover blive defineret ud fra Planck -konstanten - forholdet mellem kvanteenergi, en lysfrekvens kan bære til den samme frekvens, eller 6,626 x 10-34 joule sekunder.

Energi er iboende forbundet med masse, som Einstein demonstrerede med sin ligning E =mc2.

Planck -konstanten, kombineret med to kvantefænomener, der gør det muligt at skabe elektrisk strøm, kan bruges til at beregne masse baseret på den tilsvarende mekaniske effekt, der er nødvendig for at fortrænge den.

"Hvis du skubber en masse, den kraft, du har brug for, afhænger af denne masse. Og du kan helt basere denne strøm på elektrisk strøm fra vores kvantekonstanter, "Sagde Milton til AFP.

Tilhængere af denne tilgang siger, at den vil være mindst en million gange mere stabil end fysiske artefakter og vil have en række praktiske anvendelser i fremtiden.

"Til mange applikationer, et kilo er en meget stor masse, "sagde Milton.

Fremskridt inden for farmaceutisk og kemisk produktion betyder, at ingredienser i medicin i stigende grad måles til mikrogrammet, og bliver stadig mere præcise.

"Et kilo godt til kartofler, hvor du ikke har brug for særlig meget nøjagtighed, men det er ikke den rigtige vægt til mange applikationer inden for krævende videnskab og industri. Det nye system er uendeligt skalerbart. "

'Stater samles'

Forskere vil også bruge Versailles -topmødet til at ændre, hvordan ampere (elektrisk strøm), kelvin (temperatur) og mol (atomer) er defineret, alt udtrykt gennem naturens universelle love.

Milton sagde, at beslutningen var en måde at sikre, at verden altid ville blive enige om, hvad, præcist, et kilo er - det være sig en pose sukker, en liter vand eller et præcist kvanteforhold.

"Vi er i en verden, hvor folk er bekymrede for, at drivkraften mod multilateralisme standses og muligvis vender. Men her, inden for målevidenskab, stater kommer virkelig sammen for at blive enige, " han sagde.

Hvad angår Le Grand K, det kan have overlevet dets nytteværdi som det perfekte kilo, men dets bidrag til videnskaben er langt fra slut.

"Den bliver her i hvælvningen under de forhold, den har været i siden 1889, "sagde Milton.

"Det er faktisk et langsigtet eksperiment, fordi vi vil afveje det i de kommende årtier for at se, hvordan det reagerer på forholdene. Det er fortsat et objekt af interesse for videnskaben."

© 2018 AFP