Världen får ett nytt kilogram

Nu skapas vetenskapshistoria – världskilot i Paris kommer inte längre att vara standard för kilogram. Den 16 november är Sverige på plats i den franska huvudstaden och tar beslut om en ny definition av kilot.

Världskilot i Paris förvarad under dubbla glaskupor

Världskilot i Paris tillverkades 1879. Foto: AFP Photo/BIPM

I mitten av november hålls Allmänna konferensen för mått och vikt i Paris och då förväntas en ny definition av ett kilogram antas. I maj 2019 är det tänkt att den nya definitionen, som grundar sig på fysikaliska konstanter, ska börja användas. Då förpassas den metallcylinder som idag bestämmer vad som är ett kilo till vetenskapshistorien.

Världskilogrammet förvaras i Paris, men hos RISE, Research Institutes of Sweden i Borås står en av de 40 kilogramprototyper som tillverkades i slutet av 1800-talet. Just att dagens definition av kilogram grundar sig på ett fysiskt föremål gör att det finns svagheter. Varje gång vikten tas fram riskerar den att förändras. Det svenska kilot är dock det som ligger närmast världskilogrammet av alla de 40 kopiorna.

– Det betyder bara att vi har behandlat det lika bra eller lika dåligt. Vi vet inte vad som är rätt eller fel efter snart 150 år. Det fungerar inte i längden, säger Jan Johansson, föreståndare på Riksmätplatsen vid RISE.

När beslutet fattas i mitten av november kommer därför ett kilogram att förankras i storheter som inte kan gå sönder. I stället för att ha utgångspunkt i ett fast föremål, och låta en formel efterlikna den, vänder man på premissen. Ett kilogram kommer då att härledas från naturkonstanter som blir den grund som enheten vilar på. Naturkonstanter är fixerade värden och från dessa kan sedan bland annat kilogrammet beräknas.

Arbetet med en ny definition av kilot har pågått länge. Eftersom det är en så genomgripande förändring krävs det att det internationella samfundet är överens.

– Det kommer att innebära en stabilitet och en ny nivå av noggrannhet, säger Jan Johansson.

Vinnova finansierar Riksmätplatsen för mätstorheterna, som har i uppdrag av regeringen att föra vidare spårbarhet av mätstorheterna till industri, samhälle och säkerställa kalibrering av mätinstrument. Margareta Groth och Peter Åslund från Vinnova kommer tillsammans med Jan Johansson att vara på plats för att representera Sverige när beslutet tas i nästa vecka.

Anledningen till att det är så viktigt att kunna mäta vikt handlar om att vikt är ett fundament för ett fungerande samhälle, förklarar Jan Johansson. Men viktmätning är inget nytt. Sedan urminnes tider har handel utgått från att man har bytt eller köpt varor av en viss volym eller vikt. I det dagliga livet förväntar vi oss att mättekniken stämmer och att man får det man betalar för. Men inom exempelvis medicinska behandlingar och i industrin kan noggrannheten i viktmätningen vara avgörande.

– Det handlar om att kunna mäta fraktioner av ett gram för att ett läkemedel ska bli rätt. Mäter någon fel och framställningen blir fel handlar det om enorma kostnader om det upptäcks senare i produktionen, säger Evert Håkansson, specialist inom metrologi (läran om mätning) och kalibrering på medicintekniska företaget Baxter i Lund och medlem i programrådet för Riksmätplatsen.

Behovet av en gemensam samsyn har gjort att nästan alla världens länder har antagit Internationella måttenhetssystemet, SI, som är en internationell standard för måttenheter. Det bygger på ett antal väl definierade grundenheter där kilogram är den enda måttenhet som fortfarande definieras av ett fysiskt föremål.

Inom forskning och innovation är SI-systemet av stor betydelse. Det är därifrån som behoven av nya definitioner för ökad noggrannhet kommer. För RISE innebär det att de måste ligga steget före för att möta behoven från forskning och industri.

– Vi måste kunna göra tio gånger bättre mätningar än dagens industri för i morgon eller om fem år behöver de vara mer noggranna. Vi måste tänka på vad som kan vara förväntningarna i framtiden, säger Jan Johansson.
Det leder till att behoven i svensk industri styr vilka mått Riksmätplatsen jobbar mest med. Många svenska industriella styrkeområden kräver hög mätnoggrannhet, tex verkstadsindustri, medicinteknisk industri och nya framväxande områden som självkörande fordon.
– För att ha den rådgivande roll som vi ska ha på Riksmätplats försöker vi arbeta nära industri och högskolor för att på så sätt kunna lyssna av för att bli bättre på att hjälpa till med personal och kompetens där det finns behov, säger Jan Johansson.

Så kommer kilot att beräknas

Under åren har allt fler grundenheter i SI-systemet definierats om efter naturkonstanter, till exempel metern efter ljusets hastighet i vakuum och sekunden utifrån en övergång i cesium. En av de viktigaste pusselbitarna för att nå ett SI-system helt baserat på naturkonstanter har varit att hitta en metod som kan ersätta den sista kvarvarande artefakten, den ikoniska internationella kilogramprototypen i platina som finns på Internationella byrån för mått och vikt (BIPM) i Paris. I det nuvarande SI-systemet ligger kilogrammet också till grund för flera andra enheter, bland annat de elektriska, vilket innebär att dess begränsning påverkar mer än bara mätningar av massa.

Efter årtionden av forskning har två olika men kompletterande metoder utvecklats. Den ena bygger på att utnyttja Plancks konstant, det fysikaliska begreppet effekt, samt en kombination av avancerade kvantfysikaliska samband och välutvecklade mätmetoder. Den andra bygger på Avogadros konstant och innebär att man genom att mäta volymen av en "perfekt" sfär av rent kisel kan räkna antalet atomer. Den metod som visat sig bäst för att mäta massa är baserad på en avancerad våg som tidigare kallades Watt-balansvåg, men som sedan november 2017 heter Kibble-våg efter den brittiske fysikern Bryan Kibble som var den förste att föreslå tekniken 1975. Den så kallade Kibble-vågen är i praktiken en elektrisk balansvåg som mäter massa genom vägning. I den ena vågskålen placeras en vikt medan den andra styrs av elektromagnetisk dragningskraft som i sin tur är kopplad till naturkonstanter.

Mer information och webbsändning av konferensen

Last updated 9 November 2018   |   Page statistics