RIP le kilogramme, qui ne sera plus jamais le même

La plupart des gens savent à quel point une livre pèse 16 onces. Les mondains parmi nous savent peut-être qu'un kilogramme est de 2,2 livres - ou 1 000 grammes. Mais est-ce que nous vraiment savez ce que ces chiffres signifient? S'accorder sur les unités de mesure est beaucoup plus compliqué qu'il n'y paraît, et la façon dont les humains s'entendent sur les poids à travers le monde est sur le point de changer complètement.

Depuis plus d’un siècle, la norme mondiale pour le kilogramme est le prototype international du kilogramme, un cylindre en platine et en iridium qui est stocké au Bureau international des poids et mesures en France. Le BIPM est une organisation internationale qui aide à normaliser la science et le commerce internationaux en établissant des normes de mesure sur lesquelles nous pouvons tous nous mettre d'accord. C’est la raison pour laquelle le BIPM dispose de l’IPK: Sans ce petit cylindre lourd, le monde n’aurait pas de kilogramme standard pour déterminer le poids d’un kilogramme. Des exemplaires de l’IPK (parfois surnommé affectueusement «Le Grand K») ont été distribués dans le monde entier afin que les pays membres puissent maintenir la norme. Tous les 40 ans, l’IPK est mesuré pour s’assurer qu’il en reste un kilogramme. Des mesures récentes ont cependant montré que les masses de ces Grand K divergeaient, ce qui pourrait sonner le chaos pour le commerce, la science et potentiellement des domaines aussi sensibles que les fusées, dans lesquels les calculs doivent être précis.

Ce système peut sembler bizarre et archaïque, mais c’est une bonne raison pour laquelle le monde utilise ce poids de référence depuis tant d’années: il est vraiment difficile de savoir ce qu’est un kilogramme. Voici pourquoi.

Alors que nous pouvons penser que différentes unités de mesure sont leurs propres lois naturelles, définies en référence les unes aux autres - par exemple, un jour correspond à 24 heures, une heure à 60 minutes et une minute à 60 secondes - la vérité est que les unités de Les mesures ont toujours été définies en termes de phénomènes concrets dans le monde. En métrologie, l'étude de la mesure, ces phénomènes concrets sont connus sous le nom d'artefacts.

Comme Max Fagin, ingénieur en aérospatiale, l’a décrit jeudi dans un fil de discussion sur Twitter, les scientifiques ont parcouru un long chemin pour déterminer comment passer au-delà des artefacts afin de pouvoir mesurer des éléments sans avoir à les placer à côté d’autres éléments. Par exemple, une seconde était mesurée en 1 / 31556925.9747 du temps nécessaire à la Terre pour faire le tour du soleil. Il s’agit maintenant du temps nécessaire à un électron dans un atome de césium 133 pour osciller 9 192 631 770 fois. Cela peut paraître inutilement spécifique et franchement bizarre, mais en définissant une unité de mesure en fonction du comportement d’un atome, les scientifiques peuvent dire avec un degré de certitude raisonnable, qu’une seconde est une seconde, peu importe votre position dans l’univers - et non. Peu importe si vous avez un chronomètre.

En bref, les scientifiques ont déplacé le point de référence standard pour les mesures d'objets fabriqués par l'homme vers des constantes universelles. Tous sauf le kilogramme.

Le mois de novembre est arrivé et cela signifie qu’un changement massif s’annonce. Et par "massif", je me réfère bien sûr à la redéfinition de l'unité de masse en kilogrammes que le monde construit depuis plus de 100 ans. Laissez-moi vous expliquer: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Max Fagin (@MaxFagin) le 1er novembre 2018

La seconde, comme le kilogramme, le mètre et quatre autres unités, constitue le système international. Ce sont les unités de mesure les plus élémentaires sur lesquelles toutes les autres sont basées. De nos jours, la plupart des unités SI peuvent être déterminées sans artefact quelconque, mais mesurer un kilogramme est beaucoup plus difficile, car cela nécessite des calculs complexes, compliqués par la gravité. Après tout, si nous considérons souvent la masse et le poids comme identiques, ils ne le sont pas. La masse, mesurée en kilogrammes, est la quantité de matière contenue dans un objet. Mais c’est comme ça que les scientifiques prévoient de rendre l’IPK obsolète.

4 / À la base de cette tour se trouvent les unités de base du SI. Seulement 7 unités de base SI définissent toutes les autres unités existantes. Elles sont:

Kilogramme, kg (masse)

Mètre, m (distance)

Deuxièmement, s (heure)

Kelvin, K (temp)

Ampère A (courant électrique)

Candela, cd (intensité lumineuse)

Mole, mol (quantité) pic.twitter.com/Qe2jS13kEn

- Max Fagin (@MaxFagin) le 1er novembre 2018

C’est là que la balance Kibble entre en jeu pour nous sauver. Cet appareil, en cours de développement par plusieurs laboratoires. L’Institut national des normes et de la technologie des États-Unis et le National Physical Laboratory d’Angleterre travaillent tous les deux sur cet appareil qui, espérons-le, redéfinira le kilogramme en fonction de la constante de Planck, un chiffre essentiel pour notre compréhension de la mécanique quantique. En bref, cet appareil ne détermine pas la masse en mesurant le poids, mais en mesurant la force électromagnétique exercée entre deux plaques. Oh, et tout est fait en vase clos.

Le Kibble Balance, pour le dire simplement, devrait pouvoir mesurer la masse d’un objet - l’IPK, par exemple - en termes de puissance électrique. Pour obtenir tous les calculs nécessaires, regardez la vidéo ci-dessous. Pour ceux qui ne sont pas dans le vif du sujet de la physique, il suffit de dire que la balance à croquettes devrait aider les scientifiques à redéfinir le kilogramme.

«L’une des principales raisons de faire ce travail est d’assurer la sécurité internationale», a déclaré Ian Robinson, chef de la division des mesures d’ingénierie du Laboratoire national de physique, au Luxembourg. Delano. "Si le Pavillon de Breteuil" - où est stocké l’IPK "," brûlé demain et que le kilogramme stocké dans ses voûtes soient fondus, nous n’aurions plus aucune référence pour le système de poids métrique mondial ". Il y aurait du chaos. La définition actuelle du kilogramme est le poids de ce cylindre à Paris, après tout."

Et ce n’est tout simplement pas suffisant pour la science internationale.