Standardkilot skrotas

1999-03-10 07:54  
Trettionio millimeter hög och lika stor i diameter. Större än så är inte "Le Gran K", världens kanske viktigaste metallcylinder. Men nu nalkas kanske slutet för standardkilot. Många vill se den oprecisa metallbiten utbytt mot något mer grundläggande.
 
Den unika lilla platina-iridiumklumpen, väl gömd i ett bankvalv i Sèvres utanför Paris, har mer än hundra år på nacken. När den tillverkades 1889 var samtidigt metern definierad som en tiomiljondel av avståndet från polen till ekvatorn.
 
Idag är metern det avstånd som ljuset färdas i vakuum under en sekund (vilket tar 9 192 631 770 svängningar hos en viss foton från cesium 133) delat med ljushastigheten (som är 299 792 458 meter i sekunden). Även de flesta andra enheterna har fått mer tidsenliga och absoluta definitioner.
 
Massa är en av de få enheter som inte definieras i termer av grundläggande fysik. Men nu är det dags att skrota den mytomspunna metallklumpen, anser många av världens metrologer. De vill hellre ha ett kvantfysikaliskt kilogram; något som kan mätas elektroniskt.
 
Runtom i världen pågår experiment som syftar till en ny massdefinition. Kiselkulor med exakt storlek, och guldklimpar med noggrant räknade atomer, hör till de tänkbara förslagen (NyT 1997:41).
 
Nu tycks ett tredje alternativ ligga bra till. Med hjälp av Plancks konstant, som beskriver sambandet mellan energi och frekvens, och Einsteins berömda samband mellan massa och energi, ska kilogrammet kunna återskapas.
 
Energi är alltså den gemensamma nämnaren för Planck och Einstein; E=hv och E=mc2. På samma sätt som metern definieras med hjälp av ljushastgheten (c) är det möjligt att definiera massa med hjälp av Plancks konstant (h).
 
Det som gjort det här alternativet möjligt är att metrologer vid NIST, USAs standardiseringsinstitut, nyligen har lyckats fastställa Plancks konstant med nio siffrors noggrannhet.
 
Forskarna använder en balansvåg med en vikt på ena sidan och en elektrisk spole på den andra. Spolen befinner sig i ett mycket stabilt och jämnt magnetfält från en supraledande magnet som är nedkyld till fyra grader kelvin.
 
Anordningen kalibreras genom att rucka på den obelastade balansvågen så att spolen rör sig med exakt två millimeter i sekunden genom magnetfältet (rörelsen mäts med en laser). Spänningen över spolen mäts då upp noga, i detta fall till 1,018 volt.
 
Vid själva mätningen belastas balansvågen med ett halvt kilo på ena sidan. För att balansera upp detta behövs en ström genom spolen på den andra sidan; det krävs 10,18 milliampere. (Såväl spänning som ström mäts ytterest noga med hjälp av Josephsoneffekten och kvant-Halleffekten, där enskilda elektronladdningar utgör mätenhet.)
 
Balansakten upprepas ett otal gånger under flera månader för att komma fram till ett noggrant och korrekt värde. Med den här superkänsliga balansvågen har metrologerna vid NIST gjort den absolut noggrannaste noteringen på Plancks konstant hittills; 6,626 068 91 x 10-34 joulesekunder.
 
Nästa steg är att vända på experimentet och därmed framställa ett elektriskt kilogram.

Anders Wallerius

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt

Läs mer