Kilogramu se izteka čas

Nature - Vsak na svetu si lahko poustvari sekundo, meter in druge osnovne enote razen kilograma, ki je še vedno precej nepraktično definiran kot masa kosa iridija in platine v Parizu. Izmed vseh sedmih osnovnih enot, na katerih temelji celoten merski sistem ter vsa znanost in inženirstvo, je kilogram ostal grdi raček. Prvotno so bile vse enote definirano s fizičnimi objekti, a so kasneje definicije spremenili, tako da so neodvisne od njih in jih je mogoče poustvariti kjerkoli. Sedaj to čaka še kilogram.

Ena sekunda je tako definirana kot 9.192.631.770 nihajev prehoda med dvema hiperfinima nivojema v osnovnem stanju atoma cezija-133, meter pa kot razdalja, ki jo svetloba prepotuje v 1/299792458 sekunde. Kelvin je 1/273,16 trojne točke vode z natančno določeno izotopsko sestavo (ki se ji paradoksalno reče dunajska morska voda). Te definicije niso odvisne od konkretnih fizikalnih objektov in so v principu nespremenljive. Kilogram je že več kot sto let definiran kot masa etalona v Parizu, kar predstavlja velik problem. Njegova masa se zelo počasi spreminja, kar je za standardno enoto nedopustno, zato že več let poslušamo predloge za spremembo definicije. To ni nič nenavadnega, saj je bila tudi sekunda včasih definirana kot 1/86400 dneva, pa so ugotovili, da Zemlja ni preveč natančna pri vrtenju, zato so definicijo popravili, ne da bi spremenili vrednost enote.

Isto želijo sedaj storiti še s kilogramom, kar je pomembno tudi zaradi ostalih osnovnih enot, ki so definirane iz kilograma. Amper je definiran kot tok, ki med dvema vodnikoma na razdalji metra povzroča silo 200 nN/m (kilogram se skriva v definiciji newtona), mol je število atomov v 0,012 kilograma ogljika-12, kandela pa svetilnost idealnega svetila, ki seva monokromatsko svetlobo s frekvenco 540 THz z jakostjo 1/683 W na steradian (kilogram se skriva v vatu). Nesrečni kilogram je torej treba določiti tako, da ga bo poznal še kdo drug poleg Francozov.

Idej ne manjka, realizacija pa je problematična. Šli bomo namreč v smeri, ki bi razžalostila vrsto znanstvenikov, ki so v preteklosti cela življenja posvetili čim natančnejšim meritvam konstant (npr. Galileo, Rømer, Fizeau, Foucalt). Te bodo sedaj definirane z absolutno natančnostjo, osnovne enote pa izpeljane iz njih. Torej - na čim več različnih načinov je treba izmeriti vrednosti konstant s trenutno definicijo enot, potem pa te uporabiti za novo definicijo enot.

Šlo bi torej takole: kilogram bo definiran tako, da bo natančna vrednost Planckove konstante 6,62606957 10⁻³⁴ Js, spremembe pa se obetajo tudi pri ostalih enotah. Amper bo definiran iz osnovnega naboja 1,602176565 10⁻¹⁹ As, mol pa iz Avogadrove konstante. Popraviti želijo tudi definicijo kelvina na podlagi Boltzmannove konstante. Redefinicija je načrtovana za leto 2018, podrobne korake pa bodo dorekli ta teden na konferenci Odbora za uteži in meritve v Parizu.

Planckovo konstanto so ocenjevali po celem svetu, in to na različne načine. Projekt Avogadro je izdelal dve zelo pravilni sferi iz silicija-28, ki tehtata en kilogram, in štel atome v njih. Od tod se dobi Avogadrova konstanta in potem tudi Planckova. Ekipa nemškega meroslovnega inštituta je počela to, medtem ko so v Kanadi z občutljivo Wattovo tehtnico želeli storiti enako, a na drug način. Ameriški NIST je dal še tretjo meritev. Vse so si dovolj blizu, da bo mogoče definirati kilogram. Negotovost meritve je namreč 12 ppb, kar je dovolj malo.

Danes bodo v Parizu razpravljali o nadaljnjih korakih, katerih cilj bo do leta 2018 postaviti nove definicije kilograma, kelvina, kandele in ampera, ki so še vedno neelegantno definirane. Končno odločitev morajo sprejeti do julija 2017.