Metrologie

De kilogram is de enige basiseenheid in het SI-stelsel waarvan de definitie nog berust op een materiële standaard i.p.v. een fundamentele natuurkundige constante. Deze standaard is het Internationale Prototype van de Kilogram of kortweg « K » (« Grote K » in alle talen). Het is een cilinder gemaakt van een platina-iridiumlegering die wordt bewaard bij het BIPM te Sèvres in Frankrijk. Deze definitie roept echter verschillende problemen op, waarvan de voornamste zijn:

1. 1. De stabiliteit van het prototype kan niet gegarandeerd worden en veranderingen kunnen niet correct gekwantificeerd worden: er bestaat nl. geen «perfecte» referentie om mee te vergelijken. Vergelijkingen tussen geselecteerde prototypes van 1 kg en K tonen aan dat langetermijnvariaties van de kilogram tot 5 miljardste per jaar kunnen bedragen.
2. 2. De waarden van de nationale kopieën kunnen niet op een hoger niveau geverifieerd worden zonder directe vergelijking met K. Het feit dat wereldwijd slechts één standaard instaat voor de traceerbaarheid van de massa zorgt voor grote logistieke problemen. De meeste nationale metrologische instituten beschikken namelijk slechts over één officiële kopie van de kilogram (België heeft er twee, N° 28 & 37, op een totaal van ongeveer 90).

Om het SI-stelsel aan te passen aan de toenemende behoeften van wetenschap en technologie is het essentieel om de kilogram te herdefiniëren op basis van fundamentele natuurconstanten. Een nieuwe definitie dringt zich op wanneer de onzekerheid op de relatie tussen massa en deze fundamentele constanten teruggebracht kan worden tot minder dan één op honderd miljoen. Eén experiment gebruikt de Wattbalans om de kilogram te controleren door mechanische en elektrische krachten te balanceren. Aangezien elektrische krachten gemeten kunnen worden op basis van het quantum-Hall-effect en het Josephson-effect kan massa gekoppeld worden aan de constante van Planck. Daarentegen hangen mechanische krachten af van de valversnelling, die heel precies moet gekend zijn.

Absolute metingen van de valversnelling zijn dus onmisbaar voor laboratoria die onderzoek doen naar een nieuwe definitie van de kilogram. Ze zijn ook onontbeerlijk voor de ijking van relatieve gravimeters. Op dit vlak speelt de absolute gravimeter van de Koninklijke Sterrenwacht van België een rol als referentie, die regelmatig vergeleken wordt met andere instrumenten tijdens internationale vergelijkingscampagnes in samenwerking met het Internationaal Comité voor Gewichten en Maten.