Hvor mye veier et kilo?

I et godt bevoktet hvelv, hos Det internasjonale byrået for mål og vekt i Paris, ligger en liten metallklump. Loddet, som består av de sølvskimrende og svært stabile grunnstoffene platina og iridium, er den over 120 år gamle prototypen til enheten for masse – kilogram. Den aldrende parisiske klumpen definerer all verdens vektmålinger. Men hva om dingsen blir borte – hvordan vet vi da hva et kilo er?

– Vi har heldigvis en av kopiene av kilogramprototypen her i Norge, sier Hans Arne Frøystein, avdelingsdirektør ved Nasjonalt laboratorium hos Justervesenet på Kjeller.

– Men den veier nok ikke helt det samme som loddet i Paris lenger. Det er heldigvis bare snakk om noen mikrograms avvik – i dagliglivet vil det ikke ha noen betydning, men jo mer avansert industri og teknologi blir, desto større konsekvenser kan jo unøyaktigheter få. Derfor arbeides det med å fastsette måleenheten mer nøyaktig, forteller han.

– Dessuten er det viktig rent prinsipielt – et kilo bør jo være konstant!

Les også: - En kilo veier ikke en kilo

Med mål og mening

I 1875 ble Det internasjonale byrået for mål og vekt (Bureau International des Poids et Mesures) etablert i Paris, og her ble internasjonale enheter for mål og vekt bestemt.

– Før dette var for eksempel lengde definert etter «fot». Det ble jo litt unøyaktig, humrer Bjørn Hallvard Samset, partikkelfysiker hos CICERO, og redegjør:

– I det franske byrået etablerte man dermed det metriske systemet, etterfulgt av det nåværende SI-systemet (Système International d'Unités), som er det internasjonale systemet for måling av fysiske enheter.

I Paris framstilte man først fysiske prototyper til måleenhetene. Seinere har man omdefinert disse enhetene, som sekund, meter, ampere og mol, ut fra allmenngyldige, universelle og uforanderlige realiteter – naturkonstanter.

– En meter er for eksempel nå definert som så langt lyset flyr i vakuum i løpet av en bestemt brøkdel av et sekund. Og ett sekund er så lang tid det tar for en bestemt atomtype å bytte energitilstand et visst antall ganger, forteller Bjørn Hallvard Samset.

Poenget med omdefineringen, fra prototyper til naturkonstanter, er å kunne fastsette målene til presise, etterprøvbare størrelser som ikke er avhengige av fysiske objekter.

– Bruker man sikre naturkonstanter, kan man «gjenskape» måleenhetene selv om sivilisasjonen skulle gå under eller prototypene og alle kopiene skulle bli borte, forklarer Bjørn Hallvard Samset, og tilføyer:

– Et kilogram, enheten for masse, er imidlertid fortsatt lik vekten av metallprototypen i Paris.

Les også: Forskere har snudd aldringsprosessen i mus

Avogadro og Watt

Da man på 1980-tallet oppdaget at kiloprototypen gradvis avvek med opp til 50 mikrogram, i forhold til de rundt åtti kopiene, var det på tide å gjøre noe.

– Er det støvkorn som har festet seg på kopiene, eller er det kanskje noe som har fått prototypen til å gå ned i vekt? undrer Bjørn Hallvard Samset.

– Det er ikke godt å si hva som har endret seg – vi har jo bare klumpen i Paris å sammenligne med, men noe er definitivt endret. Derfor arbeider måleteknikere nå med to forskjellige metoder for å finne det presise og naturkonstante kilomålet.

Det ene prosjektet benytter en sfærisk silisium-kule, «Avogadro-kulen», hvor man vil telle atomer i grunnstoffet og på den måten definere kilovekta etter atomantallet. Den andre framgangsmåten, Watt-metoden, tar utgangspunkt i elektromagnetisme – hvor mye strøm som behøves for å balansere vekta av kilogrammet i et magnetisk felt. For å fastsette resultatet endelig, må det imidlertid foretas mange presise målinger, og disse må også stemme over tid. Det franske målebyrået hadde i utgangspunktet planer om å fatte et definisjonsvedtak i løpet av 2014, men dette kan trekke ut i tid, skal vi tro Bjørn Hallvard Samset:

– Jeg holder en knapp på at byrået velger å bruke Watt-vekta som ny definisjonsmetode, men jeg tror nok forsøkene vil drøye enda lenger enn ut 2014. Skal kilogrammet først omdefineres, bør det jo være helt sikkert.