Nu pensioneras kilogrammet

Det nya kilogrammet fastställs genom Kibblevågen som bestämmer Plancks konstant, den fysikaliska konstant som från och med nu ligger till grund för den nya definitionen. (Foto: BIPM)
Publicerad 2019-05-17

Den 20 maj får vi en ny definition på vad ett kilogram är. KTH:s Andreas Archenti berättar om en artefakt som får sparken och varför den här händelsen är större än millennieskiftet.

I Sèvres, en förstad till Paris, i ett valv långt under marken ligger en välbevakad liten metallcylinder. Metallstycket i platinum och iridium är inte större än att den ryms i en handflata. Dubbla glaskåpor och en noggrant kontrollerad atmosfär skyddar metallklumpen från påverkan av yttervärlden. Artefakten går under namnet internationella kilogramprototypen, eller mer informellt: ”Le grand K”, eller Big K.

Det kan låta som upptakten till en Dan Brownroman, men Big K existerar, och är inget mindre än det exakta måttet på massan ett kilogram, alla kilograms ursprung, det ”kilo” som hela världen relaterar till.

Andreas Archenti, KTH-forskare inom precisionsteknologi ser många fördelar med den nya kilodefinitionen. (Foto: Jonas Thorén)

Men kilot har de senaste decennierna blivit ett allt större bekymmer för forskare som sysslar med mätteknik, eller metrologi som läran kallas. Förutom att Big K faktiskt inte håller vad den lovar – dess massa har faktiskt förändrats över tid – finns annat som är problematiskt. Det säger Andreas Archenti, professor på KTH som forskar inom precisionsteknologi och metrologi:

– Problemet med att mäta kilogramet mot ett fysiskt objekt är att ett tumavtryck på Big K skulle förändra kilot för hela mänskligheten. Och om Big K av någon anledning plötsligt skulle väga 800 g skulle det alltså ändå räknas som ett kilo. Och om det stjäls – då har världen inget referens till kilogramet alls.

Internationella kilogramprototypen IPK, eller Big K. (Foto: BIPM)

Minsta lilla förändring i Big K:s exakthet påverkar områden som medicin, elektronik och teknik, områden där noggrannhet är avgörande. Och när kilot går upp och ner i vikt får det effekter även på andra enheter som är beroende av kilot när de ska bestämmas och mätas, förklarar Andreas Archenti.

I november förra året beslutade således International Bureau of Weights and Measures (BIPM) att pensionera den franska metallcylindern. Den 20 maj (på världsmetrologidagen) ser världen en ny definition på kilogrammet och man passar även på att uppdatera måttenheterna kelvin, ampere, och mol, alltså fyra av de sju SI-enheterna. Målet har varit att alla måttenheter ska definieras efter fysikaliska konstanter eftersom konstanterna är stabila över tid.

För gemene man betyder det här inte så mycket men för någon som Andreas Archenti som viger sitt liv till precision är det märkvärdigt.

– För mig är det en helig dag, millennieskiftet kan inte mäta sig med denna händelse, skrattar han.

– Det kommer inte göra någon skillnad för den som bakar bröd därhemma, men sysslar man med forskning är det betydelsefullt. Ju mer osäkerhet vi tar bort i våra beräkningar, desto mer exakt blir vår beskrivning av verkligheten. Behovet av ökad precsion och noggrannhet inom forskning och innovation har drivit fram förändringarna i SI-systemet. 

Så hur skapar man en standard för massa som inte förändras över tid - och som dessutom blir tillgänglig för alla? Det är framsteg inom en rad olika forskningsfält däribland precisionteknologi och metrologi där Andreas är aktiv som har möjliggjort att det äntligen går att pensionera Big K. Framför allt gäller det att utveckla tillverkningsmetoder och mätinstrument som kan få fram resultat med med tillräckligt hög noggrannhet (och låg osäkerhet) för man ska kunna överge det den gamla definitionen. Och nu finns dessa instrument.

Under de senaste åren har flera olika experiement genomförts som oberoende av varandra gav tillfredsställande resultat för att bestämma Plancks konstant vilken från den 20 maj är den fysikaliska konstant som ligger till grund för hur man definierar ett kilogram.  

– Det ena är ett fysikaliskt baserat experiment gjort med en avancerad våg där man balancerar gravitationskrafterna mot elektromagnetiska krafter och på så vis kan bestämma ett värde för Plancks konstant med mycket stor noggrannhet.

– Det andra experimentet är kemi baserat där man bla. beräknar antalet atomer i en kiselsfär med känd isotopsammansättning.

De flesta enheter har reviderats, är det sista gången vi ser SI enheterna få nya definitioner?

– Intressant fråga, det går inte att säga. Nu när SI-enheterna är definierade med fysikalsika konstanter är det stora arbetet slutfört, med frågan är om de verkligen är konstanta över lång tid? Och i framtiden kanske vi har nya mätistrument som ger ännu lägre mätosäkerhet.

Och vad händer nu med Big K?

– Jadu, den kanske dyker upp i någon utsällning på Louvren i Paris...

Text: Anna Gullers

Fakta om Andreas Archenti

Arbetar: Professor och forskare inom precisionsteknologi, metrologi och driftsäkerhet på KTH
Familj: Fru och två barn
Bor: Örby i Stockholm
På fritiden: Samlar på gamla maskiner och mätinstrument
Favoritenhet: Alla är speciella på sitt eget sätt men om jag måste välja blir det ”längd”

 Milstolpar genom historien 

Illustration av Ulrika Georgsson
Illustration: Ulrika Georgsson
Innehållsansvarig:Ulrika Georgsson
Tillhör: Hållbar produktionsutveckling
Senast ändrad: 2019-05-17