De kilogram moet misschien op dieet. De internationale standaard, een cilindervormig stuk metaal dat de fundamentele eenheid van massa definieert, heeft tientallen microgrammen aan massa gewonnen door vervuiling van het oppervlak, volgens een nieuwe studie.
Dientengevolge heeft elk land dat een van deze standaardmassa’s heeft een iets andere definitie van de kilogram, wat wetenschappelijke experimenten die zeer nauwkeurige gewichtsmetingen vereisen of de internationale handel in zeer beperkte artikelen die beperkt zijn door het gewicht, zoals radioactief materiaal, in de war zou kunnen brengen.
Maar ozon en ultraviolet licht kunnen worden gebruikt om de kilogrammen schoon te maken zonder ze te beschadigen, suggereert het onderzoek.
De reinigingstechniek, beschreven in het januarinummer van het tijdschrift Metrologia, kan uiteindelijk op grote schaal worden aangenomen als een manier om de fundamentele eenheid van massa consistenter te houden.
Bovendien, omdat het gebruik maakt van “apparatuur die men zou kunnen komen door zonder al te veel investering van tijd en geld,” het is een praktische techniek die op grote schaal zou kunnen worden overgenomen, zei Richard Davis, een metroloog die voor het Internationaal Bureau voor Gewichten en Maten in Parijs adviseert, die niet bij de studie betrokken was.
Gemeenschappelijke standaard
De kilogram werd voor het eerst aangenomen als een internationale standaard op de Conventie van de Meter in 1875.Op dat moment waren wetenschappers gefrustreerd dat er geen consistente, standaard manier was om massa met hoge precisie te meten.
Om het probleem op te lossen, creëerden wetenschappers een cilindervormig brok massa genaamd het internationale prototype kilogram (IPK) van platina en platina-iridium legering. De cilinder, die ongeveer 2,2 pond (1 kilogram) weegt, is de definitie van de kilogram. De kilogram is een van de zeven standaard internationale basis meeteenheden.
In de jaren 1880 werden ongeveer 40 van deze prototype kilogrammen uitgedeeld aan landen die de Meter Conventie ondertekenden, zei studie co-auteur Peter Cumpson, een metroloog aan de Newcastle University in het Verenigd Koninkrijk.
Vuile gewichten
Zelfs toen realiseerden wetenschappers zich dat verontreinigingen het oppervlak van de kilogram konden bedekken. Om dit effect tegen te gaan, maakten zij de massa’s tot cilinders, die minder oppervlakte hebben om stof en vuil op te nemen. De IPK’s worden opgeslagen in gefilterde laboratoriumlucht bij constante temperatuur en druk, maar er is geen manier om ze volledig te isoleren van luchtvervuiling en verontreiniging, vertelde Cumpson aan LiveScience.
Om ze schoon te maken, zal een ervaren technicus de cilinders wrijven met zeemleer gedoopt in alcohol. Maar omdat elk land hun kilogrammen anders en op verschillende tijdstippen reinigt, is elke kilogram in de wereld met een andere, onbekende hoeveelheid af.
Het reinigen van de kilogram
Om te zien hoe de kilogram op gewicht komt, gebruikte Cumpson’s team een beeldvormingstechniek genaamd röntgenspectroscopie om te kijken naar oppervlakken die vergelijkbaar zijn met die van de IPK’s. Die oppervlakken pikten tientallen microgrammen koolstof- en kwikverontreiniging per decennium op. En hoewel enkele tientallen microgrammen niet veel is, maakt het uit voor het meten van dingen zoals radioactieve materialen, zei Cumpson.
De koolstof is waarschijnlijk afkomstig van auto-uitlaatgassen, terwijl de kwikverontreiniging optrad omdat met kwik gevulde thermometers en barometers in de laboratoria af en toe breken.
Het team ontdekte ook dat het gebruik van ozon en behandeling met ultraviolet licht de bindingen tussen koolstofatomen op het oppervlak op betrouwbare wijze kon breken, waardoor een consistente hoeveelheid op koolstof gebaseerde verontreiniging werd weggenomen. Het kwik, echter, is waarschijnlijk daar om te blijven, zei Cumpson.
Hoewel er andere methoden zijn, “de UV-ozon methode is echt de enige die concurrerend is met het handmatig wrijven,” zei hij.
Fundamentele constanten
Lange termijn, echter, de meeste wetenschappers willen weg van het definiëren van de kilogram op basis van een brok metaal. In plaats daarvan zou het op de een of andere manier moeten worden gebaseerd op een fundamentele wet van de natuur, zei Davis.
“Ik denk dat de definitie in de komende vijf tot tien jaar zal worden veranderd,” vertelde Davis aan LiveScience.
Eén mogelijkheid is het gebruik van een elektromagnetisch apparaat dat consequent dezelfde hoeveelheid kracht produceert, waaruit de massa dan kan worden berekend, zei Cumpson.
Opmerking van de redacteur: Dit artikel werd bijgewerkt om 12:30 uur Eastern Time op 7 januari om het verschil tussen gewicht en massa te verduidelijken.
Volg LiveScience op Twitter @livescience. We zijn ook op Facebook & Google+.
Recent nieuws