Kilogrammet skal måske på slankekur. Den internationale standard, en cylinderformet metalklump, der definerer den grundlæggende masseenhed, har ifølge en ny undersøgelse taget titusindvis af mikrogram masse på grund af forurening af overfladen.
Som følge heraf har hvert land, der har en af disse standardmasser, en lidt anderledes definition af kilogrammet, hvilket kan forstyrre videnskabelige eksperimenter, der kræver meget præcise vægtmålinger, eller international handel med meget begrænsede varer, der er begrænset efter vægt, som f.eks. radioaktive materialer.
Men ozon og ultraviolet lys kan bruges til at rense kilogrammerne uden at beskadige dem, viser forskningen.
Rengøringsteknikken, der beskrives i januarudgaven af tidsskriftet Metrologia, kan i sidste ende blive bredt anvendt som en måde at holde den grundlæggende masseenhed mere ensartet på.
Dertil kommer, at da den anvender “udstyr, som man kan få fat i uden alt for stor investering af tid og penge”, er det en praktisk teknik, der kan blive udbredt, sagde Richard Davis, en metrolog, der er konsulent for Det Internationale Kontor for Mål og Vægt i Paris, og som ikke var involveret i undersøgelsen.
Fælles standard
Kilogrammet blev først vedtaget som en international standard på Meterkonventet i 1875.På det tidspunkt var videnskabsfolk frustrerede over, at der ikke fandtes nogen konsekvent, standardiseret måde at måle masse med høj præcision.
For at løse problemet skabte videnskabsfolk en cylindrisk masseklump kaldet det internationale prototype kilogram (IPK) af platin og en platin-iridiumlegering. Cylinderen, der vejer ca. 1 kg (2,2 pund), er definitionen på kilogrammet. Kilogrammet er en af syv internationale standardmålenheder.
I 1880’erne blev omkring 40 af disse prototype-kilogrammer distribueret til lande, der underskrev Meter-konventionen, siger medforfatteren af undersøgelsen, Peter Cumpson, metrolog ved Newcastle University i Storbritannien.
Smudsige vægte
Selv dengang indså forskerne, at forurenende stoffer kunne belægge kilogrammets overflade. For at forsøge at modvirke denne effekt lavede de vægtene til cylindre, som har mindre overfladeareal til at opsamle støv og snavs. IPK’erne opbevares i filtreret laboratorieluft ved konstant temperatur og tryk, men der er ingen måde at isolere dem fuldstændigt fra luftforurening og forurening på, fortalte Cumpson til LiveScience.
For at rengøre dem gnider en dygtig tekniker cylindrene med vaskeskind dyppet i alkohol. Men fordi alle lande renser deres kilogrammer forskelligt og på forskellige tidspunkter, er hvert enkelt kilogram i verden forskudt med en anden, ukendt mængde.
Rensning af kilogrammet
For at se, hvordan kilogrammet lægger vægt, brugte Cumpsons hold en billeddannelsesteknik kaldet røntgenspektroskopi til at se på overflader, der ligner IPK’ernes. Disse overflader opsamlede titusindvis af mikrogram kulstofbaseret forurening og kviksølvforurening et årti. Og selv om et par dusin mikrogram ikke er meget, har det betydning for måling af ting som radioaktive materialer, sagde Cumpson.
Kulstoffet kommer sandsynligvis fra biludstødning, mens kviksølvforurening opstod, fordi kviksølvfyldte termometre og barometre i laboratorierne lejlighedsvis går i stykker.
Teamet fandt også, at brugen af ozon og behandling med ultraviolet lys pålideligt kunne bryde bindingerne mellem kulstofatomer på overfladen og tage en konsekvent mængde kulstofbaseret forurening væk. Kviksølvet er der dog sandsynligvis for at blive, sagde Cumpson.
Selv om der findes andre metoder, “er UV-ozonmetoden virkelig den eneste, der er konkurrencedygtig med den manuelle gnidning,” sagde han.
Fundamentale konstanter
På lang sigt ønsker de fleste forskere dog at komme væk fra at definere kilogrammet baseret på en klump metal. I stedet bør det på en eller anden måde baseres på en grundlæggende naturlov, sagde Davis.
“Jeg tror, at definitionen vil blive ændret i løbet af de næste fem til 10 år,” sagde Davis til LiveScience.
En mulighed er at bruge en elektromagnetisk anordning, der konsekvent producerer den samme mængde kraft, hvorfra massen så kan beregnes, sagde Cumpson.
Redaktørens note: Denne artikel blev opdateret kl. 12.30 østlig tid den 7. januar for at præcisere forskellen mellem vægt og masse.
Følg LiveScience på Twitter @livescience. Vi er også på Facebook & Google+.
Reneste nyheder