In 2018 wordt de massa van een kilogram opnieuw vastgesteld. En nu hebben onderzoekers een belangrijk stap richting de herdefinitie van de kilogram gezet: ze maten de Constante van Planck.

Wat is een kilogram? Al 127 jaar vinden we het antwoord in een goed beveiligde kluis net buiten Parijs. Daar staat namelijk een metalen cilinder die exact 1 kilogram weegt en dus de definitie van ‘een kilogram’ dicteert. Maar de cilinder – ook wel liefkozend Le Grand K genoemd – heeft zijn beste tijd gehad. Wetenschappers werken namelijk hard aan een nieuwe manier om massa te definiëren. Daarbij maken ze gebruik van een natuurlijke constante: een waarde die in theorie overal in het universum kan worden gemeten en onveranderlijk is (in tegenstelling tot Le Grand K die door een vingerafdruk of een dun laagje stof al zwaarder wordt).

NIST-4
En onderzoekers in de VS hebben nu een belangrijke stap richting een opvolger voor Le Grand K gezet. Ze hebben de eerste metingen verricht met een nieuwe machine: NIST-4 genaamd. Deze machine is ontworpen om bijzonder nauwkeurig de Constante van Planck (h) te meten. De machine is in feite een high-tech weegschaal die het gewicht van een massa vergelijkt met de elektromagnetische kracht die nodig is om de massa in balans te houden. De benodigde elektromagnetische kracht kan weer gebruikt worden om de Constante van Planck te berekenen. Maar hoe kan dat ons vertellen wat een kilogram is? Simpel. Einstein stelt met zijn E=mc^2 dat massa uitgedrukt kan worden in energie. Planck stelde dat energie uitgedrukt kan worden in h . Dus als massa gelijk is aan energie en energie gelijk is aan de Constante van Planck, kunnen we de massa dus afleiden uit h. En onderzoekers hebben nu met behulp van NIST-4 de Constante van Planck zeer nauwkeurig berekend en vervolgens de massa van een kilogram zeer nauwkeurig vastgesteld.

NIST-4. Afbeelding: Jennifer Lauren Lee / NIST PML.

NIST-4. Afbeelding: Jennifer Lauren Lee / NIST PML.

2018
Overigens staat de nieuwe definitie van een kilogram daarmee nog niet vast. Pas in 2018 zal de massa van een kilogram officieel herzien worden. Tot juli 2017 hebben onderzoeksgroepen wereldwijd de tijd om de Constante van Planck te meten en op basis daarvan de massa van een kilogram te bepalen. Al hun resultaten zullen vervolgens in een computerprogramma worden gestopt en dat programma berekent de waarde van h die het beste overeenkomt met alle voorhanden zijnde gegevens. Die waarde kan vervolgens overal en altijd gebruikt worden om de massa van een kilogram te bepalen.

Frustrerend
Overigens zullen wij van de nieuwe definitie van een kilogram waarschijnlijk weinig merken. “Dat is zo frustrerend aan metroloog zijn,” vindt leider van het NIST-4-onderzoeksteam Stephan Schlamminger. “Als je je werk goed doet, zou niemand er iets van moeten merken.”

En dankzij al dat harde, maar onzichtbare werk wordt Le Grand K in principe overbodig. Maar Schlamminger denkt niet dat de nu nog goed beveiligde definitie van een kilogram bang hoeft te zijn roemloos ten onder te gaan. “(Le Grand K, red.) is zo’n belangrijk symbool en heeft zo’n rijke geschiedenis. Ik denk niet dat mensen deze in de prullenbak zullen gooien.”