Από σήμερα και το χιλιόγραμμο – όπως όλες οι βασικές μονάδες στο SI – ορίζεται με βάση τις φυσικές σταθερές

Μέχρι σήμερα, το χιλιόγραμμο ορίζονταν ως η μάζα του Διεθνούς Πρωτότυπου Χιλιόγραμμου (IPK), ενός κυλίνδρου πλατίνας-ιριδίου που βρίσκονταν στο Παρίσι, στη Γαλλία. Ενώ όλες οι άλλες βασικές μονάδες του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων (SI) επανα-ορίστηκαν κατά τη διάρκεια των χρόνων βασιζόμενες σε θεμελιακές φυσικές σταθερές ή ατομικές ιδιότητες, το χιλιόγραμμο είχε παραμείνει από το τέλος του 19ου αιώνα το μοναδικό που παρέμενε σε τέχνημα κατασκευασμένο από άνθρωπο.

Αυτό σήμερα αλλάζει και οι μετρολόγοι – αυτοί που μελετούν τις μετρήσεις – είναι ενθουσιασμένοι. Με την ευκαιρία της Παγκόσμιας Ημέρας Μετρολογίας, κατά την οποία εορτάζεται η υπογραφή της Σύμβασης του Μέτρου το 1875, στο χιλιόγραμμο έχει δοθεί ένας νέος ορισμός. Από τώρα και στο εξής, θα ορίζεται βασισμένο στην ακριβέστερη από ποτέ μέτρηση της σταθεράς του Planck, η οποία μπορεί να εκφράζεται με αναφορά των μονάδων του SI, χιλιόγραμμο, μέτρο και δευτερόλεπτο. Καθώς οι δυο τελευταίες μονάδες ορίζονται ήδη με φυσικές σταθερές, η τιμή του χιλιόγραμμου μπορεί να λαμβάνεται χωρίς να βασίζεται στη σύγκρισή του με ένα φυσικό πακέτο αναφοράς.

Η μέτρηση όμως της σταθεράς του Planck σε μια κατάλληλα υψηλή ακρίβεια των δέκα μερών ανά δισεκατομμύριο απαιτούσε δεκαετίες εργασίας από διεθνείς ομάδες σε όλες τις ηπείρους και το CERN έπαιξε έναν μικρό μέρος στην προσπάθεια.

Το 1975, ο Βρετανός φυσικός Bryan Kibble πρότεινε μια συσκευή, τότε γνωστή ως ζυγός watt και τώρα αποκαλείται ζυγός Kibble προς τιμή του, η οποία θα επιτρέπει τη σταθερά Planck να μετριέται με ακρίβεια με βάση το IPK. Όταν επιτεύχθηκε η ακρίβεια, η τιμή της σταθεράς του Planck θα μπορούσε να καθορίζεται και οι ορισμοί αντιστράφηκαν, απομακρύνοντας την εξάρτηση του χιλιόγραμμου με το IPK. Διάφοροι ζυγοί Kibble σε όλο τον κόσμο δημιουργήθηκαν για να συγκρίνουν τις μετρήσεις, συμπεριλαμβανομένου ενός στην Ελβετία. Το METAS, το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Μετρολογίας, εργάστηκε στο δικό τους πρόγραμμα με το ζυγό Kibble για περίπου δυο δεκαετίες, δραστηριότητα που καθοδηγήθηκε από τους Ali Eichenberger και Henri Baumann. Γνωρίζοντας την τεχνογνωσία του CERN στα συστήματα μαγνητών, οι Ali Eichenberger και Henri Baumann επικοινώνησαν με το Εργαστήριο για να βοηθήσουν να ετοιμαστούν οι απαιτούμενοι μαγνήτες.

Το 2018, ο ζυγός Kibble στον Καναδά μέτρησε τη σταθερά Planck με την απαραίτητη υπερυψηλή ακρίβεια, επιτρέποντας ένα συνδυασμό των μετρήσεων από όλο τον κόσμο για να βοηθήσει να καθοριστεί η τιμή της. Όμως επηρεάζει την τιμή του ίδιου του χιλιόγραμμου; Όχι ακριβώς. «Η σταθερά του Planck έχει καθοριστεί στα 6,626070150 × 10^−34 kg⋅(m^2)/s χρησιμοποιώντας το IPK ως στάνταρ», εξηγεί ο Eichenberger. «Έτσι από σήμερα, το ένα χιλιόγραμμο θα μείνει το ίδιο. Αν το IPK αποκλίνει περαιτέρω με το χρόνο τότε η τιμή του θα αλλάξει, όμως κάθε βαθμονόμηση μάζας θα έχει μια αβεβαιότητα της τάξης των 20 μερών ανά δισεκατομμύριο». Έτσι, ενώ είναι μια σημαντική περίπτωση άξια εορτασμού, δεν θα χρειαστεί να ξαναβαθμονομήσετε ακόμη τις κλίμακες του μπάνιου σας.

Πηγή: CERN