Imagine generată pe computer a prototipului kilogramului

Kilogramul nu va mai fi definit în funcţie de etalonul cilindric din platină şi iridiu de la Paris, ci în funcţie de constanta lui Planck. Această revoluţie are scopul de a fixa unitatea de măsură din sistemul internaţional pentru masă, fără să fie nevoie de un obiect material.


În viaţa de zi cu zi o măsurătoare extrem de precisă a masei nu este necesară; când ne cântărim sau mergem la piaţă, o eroare de câteva grame nu are aşa mare importanţă. Totuşi, în anumite situaţii precizia unei cântăriri este extrem de utilă, de exemplu în pregătirea medicamentelor.

Cum ne raportăm însă la masă? Până recent kilogramul, unitatea de măsură a masei, era stabilit în funcţie de un etalon material, un cilindru dintr-un aliaj de platină şi iridiu cu dimensiunile de 39 de milimetri lăţime şi 39 de milimetri înălţime care este păstrat cu mare grijă, din 1889, la Biroul Internaţional pentru Greutăţi şi Măsuri (BIPM), în apropiere de Paris.

Acest kilogram material însă suferă de diverse probleme care de-a lungul anilor i-ar fi schimbat masa cu circa 50 de micrograme. În interiorul celor trei clopote de sticlă sub care este păstrat cilindrul etalon se adună praf şi mizerie şi se fac simţite  influenţe ale variaţiunilor atmosferice; aceste fenomene ar fi dus de-a lungul celor mai mult de 100 de ani de când este păstrat acolo la o mică modificare a masei.

În noiembrie 2018 oamenii de ştiinţă au decis deci să treacă la o nouă definiţie a kilogramului, pentru care un obiect material nu mai este necesar.

La fel s-a întâmplat şi cu metrul, unitatea de măsură a lungimii, care în trecut era fixat ca fiind distanţa dintre două repere pe un eşalon de platină şi iridiu. În 1983  metrul a fost redefinit ca fiind distanţa parcursă de lumină în vid în 1/299.792.485 de secunde, şi nu mai depinde de un obiect material, ci doar de constantele fundamentale ale fizicii moderne.

În cazul kilogramului de mulţi ani se dorea o schimbare asemănătoare, însă încă de la început situaţia era mult mai complicată. Nouă definiţie a kilogramului ţine la rândul ei cont de constantele fizicii moderne, în mod specific de constantă, h, a lui Planck, care joacă un rol fundamental în mecanica cuantică. h  reprezintă unitatea naturală de acţiune (energie × timp) în mecanica cuantică şi are o valoare extrem de mică: 6,626070150×10−34  J⋅s.

Nouă definiţie foloseşte aşa-numita balanţă a lui Kibble, denumită şi NIST-4, pusă la punct de către cercetătorii de la National Institute of Standards and Technology (NIST) din Gaithesburg în Maryland, SUA.

Această balanţă echilibrează greutatea unui corp cu forţa generată de un curent, măsurată în unităţi a constantei lui Planck cu ajutorul efectului Josephson şi a efectului Hall cuantic într-o bobină situată între polii unui magnet permanent. Bobina este mişcată cu o viteză constantă şi se măsoară forţa indusă pentru a se determina constanta de proporţionalitate între forţă gravitaţională şi cea electromagnetică. Practic, masa se măsoară cu ajutorul unui curent şi în acest proces intră în joc constantă lui Planck.

Constanta lui Planck a fost iniţial propusă de către Planck însuşi pentru explicaţia radiaţiei corpului negru, o mare problemă în fizică la sfârşitul secolului al XIX-lea. Presupunerea ce a stat la baza legii lui Planck privind radiaţia corpului negru a fost că radiația electromagnetică emisă de către acest corp poate fi modelată cu o mulţime de oscilatori armonici cu energie cuantificată,  de formă: hn, unde h era tocmai constanta lui Planck. Introducerea constantei lui Planck în fizică a reprezentat naşterea mecanicii cuantice. Astăzi, după mai mult de 100 de ani, aceasta constantă este utilizată şi pentru etalonul unităţii de masă: kilogramul.

 Puteţi urmări mai jos un videoclip explicând care sunt avantajele şi dezavantajele aceste schimbări privind definirea kilogramului:

 

 

Constantele fizicii fundamentale joacă deci un rol important nu doar în înţelegerea legilor universului, ci şi în fixarea unităţilor fundamentale de măsură pe care le folosim, fără să mai fie nevoie de obiecte materiale care, de-a lungul anilor, se pot deteriora sau pot fi distruse.