Världen ska få ett nytt kilogram

På vetemjölspaketen i matbutiken står det att de innehåller två kilo mjöl. Men hur vet vi egentligen hur mycket ett kilo är?

Svaret finns i ett underjordiskt kassaskåp på ett slott utanför Paris. Under tre glaskupor vilar den internationella kilogramprototypen, en metallcylinder ungefär lika stor som ett ägg. Per definition är ett kilogram exakt lika med massan av den här metallcylindern. Det bestämde Internationella mått- och viktbyrån år 1889.

Kassaskåpet är låst med tre olika nycklar och kilogrammet hanteras så sällan som möjligt och bara av specialister.

– Kilogramdefinitionen hänger på ett enda objekt och hanterar man prototypen fel kan den ändra massa, förklarar Richard Davis, chef för sektionen för massa på Internationella mått- och viktbyrån.

När Internationella mått- och viktbyrån lät tillverka det internationella kilogrammet, gjöt de samtidigt ett antal kopior. Några av dem ligger i samma kassaskåp som internationella kilogrammet och de andra kopiorna finns på olika håll i världen. En av dem är det svenska rikskilogrammet som förvaras hos Sveriges nationella mätinstitut SP i Borås. Där kalibrerar de Sveriges allra noggrannaste vågar och vikter mot rikskilogrammet.

Med ett antal års mellanrum får rikskilogrammen åka till Paris och jämföra sig med det internationella kilogrammet. Senaste kontrollen genomfördes för ungefär 20 år sedan. Mätningarna bekräftade då vad Internationella mått- och viktbyrån börjat ana redan på 1950-talet: den internationella prototypen och kopiorna väger inte längre lika mycket.

Kopiorna hade ökat i massa jämfört med den internationella prototypen. Fast det kan lika gärna vara det internationella kilogrammet som minskat i massa. Ingen vet eftersom det bara går att jämföra dem med varandra. Det handlar förvisso bara om skillnader på ungefär 50 miljarddelar av ett kilo. Men även så små skillnader kan ha betydelse för forskare som gör noggranna mätningar.

Kilogrammet är den enda av de sju grundenheterna i det internationella enhetssystemet (SI) som fortfarande definieras genom ett fysiskt föremål. Förutom att det kanske ändrar massa har det en rad andra nackdelar: Det är bundet till en geografisk plats och det är otillgängligt eftersom det är inlåst nästan jämt på grund av risken för ovarsam hantering eller stöld.

Men problemen med kilogramprototypen tänker Internationella mått- och viktbyrån rätta till. Planen är att definiera om kilogrammet utifrån en naturkonstant.

Det har redan skett med metern. Tidigare var metern en metallstav, också inlåst i Paris, men numera definieras den som sträckan ljuset färdas i vakuum på en viss bråkdel av en sekund. Ljusets hastighet är en naturkonstant och laboratorier på olika håll i världen kan mäta upp exakt en meter med hjälp av lasrar.

Forskare världen över arbetar nu för att ta fram ett nytt sätt att definiera kilogrammet. För närvarande finns det två tänkbara metoder.

– Nästa år får vi se vem som vinner tävlingen, säger Peter Becker på Tysklands nationella mätinstitut.

Han leder det internationella Avogadro-projektet som står för den ena metoden. Den går ut på att definiera kilogrammet som vikten av ett visst antal atomer.

Svårigheten ligger i att bestämma antalet atomer. Ett kilogram innehåller ungefär tio miljoner miljarder miljarder atomer och så långt hinner ingen räkna under sin livstid.

För att komma runt problemet har forskarna tillverkat en enkilos kristall av kisel i form av ett näst intill perfekt klot. De vet hur stor volym en atom tar upp och genom att mäta klotets volym kan de räkna ut hur många atomer det innehåller.

– Men det är tekniskt mycket svårt, vi måste mäta med nanometerprecision, säger Peter Becker.

Peter Becker och hans kolleger har fått hjälp av ett ryskt laboratorium att tillverka kisel som endast innehåller en typ av kiselatomer. Nu håller de på att mäta de nya kloten. Nästa år hoppas de vara klara.

– De preliminära resultaten ser bra ut. Våra konkurrenter leder fortfarande, men loppet är inte över, säger Peter Becker.

Konkurrenterna vill definiera kilogrammet på elektrisk väg. Med ett instrument som kallas wattvåg kan de jämföra massa med elektrisk ström och efter ytterligare någon mätning definiera ett kilogram utifrån naturkonstanten Plancks konstant. En sådan definition skulle vara fördelaktig för forskare som håller på med elektriska mätningar.

Forskarna på National Institute of Standards and Technology (NIST) i USA har redan kommit upp i tillräcklig noggrannhet med sin wattvåg. Tyvärr stämmer resultatet inte överens med den näst bästa wattvågen som finns på det nationella mätinstitutet i Storbritannien.

– Man måste kunna upprepa experimentet med ett annat instrument och komma fram till samma svar. Annars går det inte att utesluta att man gjort något fel, säger Michael Stock som jobbar med wattvågar på Internationella mått- och viktbyrån.

Forskarna har fortfarande något år på sig att putsa på sina metoder. Tidigast år 2011, på Internationella mått- och viktbyråns allmänna konferens, kan en ny kilogram­definition klubbas igenom.

Kanske borde de även passa på att döpa om kilogrammet. En av de fina sakerna med det metriska systemet är nämligen att enheternas storlek kan anpassas med hjälp av förstavelser. Ska jag mäta en lång sträcka lägger jag till ’kilo’ (tusen) framför meter, ska jag mäta något litet lägger jag till ’centi’ (hundradel). Men med kilogrammet blir det snurrigt, eftersom namnet redan innehåller en förstavelse. Till exempel är ett milligram en miljondels kilogram, fastän ’milli’ betyder tusendel.

Namnet kilogram härstammar från slutet av 1700-talet då gram var grundenheten för massa. Men grammet var för litet för att vara praktiskt användbart, och blev helt enkelt ersatt av sin tusen gånger tyngre kusin – kilogrammet.

Mest logiskt vore att ge kilogrammet ett nytt, eget namn. Förslag som gio och bes har varit på tapeten, men någon ändring lär det inte bli.

– Kilogrammet finns överallt. Det skulle kosta miljontals euro att rätta till det historiska misstaget, säger Richard Davis.

• Dela med andra
  • Facebook
  • Digg
  • Stumble Upon
  • Del.icio.us
  • Pusha
• Rätta artikeln
•  Textstorlek
• Tipsa
• Skriv ut