Kilogrammet kan behöva banta. Den internationella standarden, en cylinderformad metallklump som definierar den grundläggande enheten för massa, har enligt en ny studie fått tiotals mikrogram massa på grund av ytkontaminering.
Som ett resultat av detta har varje land som har en av dessa standardmassor en något annorlunda definition av kilogrammet, vilket skulle kunna ställa till det för vetenskapliga experiment som kräver mycket exakta viktmätningar eller internationell handel med mycket begränsade föremål som begränsas av vikt, t.ex. radioaktiva material.
Men ozon och ultraviolett ljus skulle kunna användas för att rengöra kilogrammen utan att skada dem, visar forskningen.
Rengöringstekniken, som beskrivs i januarinumret av tidskriften Metrologia, kan så småningom antas i stor utsträckning som ett sätt att hålla den grundläggande massanheten mer konsekvent.
Då den dessutom använder ”utrustning som man kan få tag på utan alltför stora investeringar i tid och pengar” är det en praktisk teknik som skulle kunna antas i stor utsträckning, säger Richard Davis, en metrolog som är konsult för Internationella byrån för mått och vikt i Paris, som inte var inblandad i studien.
Gemensam standard
Kilogrammet antogs för första gången som en internationell standard vid Meterkonventet 1875.Vid den tidpunkten var vetenskapsmännen frustrerade över att det inte fanns något enhetligt, standardiserat sätt att mäta massa med hög precision.
För att lösa problemet skapade vetenskapsmännen en cylinderformad massakump som kallades den internationella prototyp-kilogrammen (IPK) av platina och platina-iridiumlegering. Cylindern, som väger ungefär 2,2 pund (1 kilogram), är definitionen av kilogrammet. Kilogrammet är en av sju internationella standardiserade basmåttenheter.
På 1880-talet distribuerades cirka 40 av dessa prototypkilogram till länder som undertecknade Meterkonventionen, säger Peter Cumpson, medförfattare till studien och metrolog vid Newcastle University i Storbritannien.
Smutsiga vikter
Även på den tiden insåg vetenskapsmännen att föroreningar kunde belägga kilogrammets yta. För att försöka motverka denna effekt gjorde de massorna till cylindrar, som har mindre yta för att samla på sig damm och skräp. IPK:erna förvaras i filtrerad laboratorieluft vid konstant temperatur och tryck, men det finns inget sätt att helt isolera dem från luftföroreningar och kontaminering, säger Cumpson till LiveScience.
För att rengöra dem gnuggar en skicklig tekniker cylindrarna med sämskläder doppat i alkohol. Men eftersom varje land rengör sina kilogram på olika sätt och vid olika tidpunkter, avviker varje kilogram i världen med en annan, okänd mängd.
Rengöring av kilogrammet
För att se hur kilogrammet lägger på sig vikt använde Cumpsons team en bildteknik som kallas röntgenspektroskopi för att titta på ytor som liknar IPK-ytorna. Dessa ytor plockade upp tiotals mikrogram kolbaserad och kvicksilverförorening ett decennium. Och även om några dussin mikrogram inte är mycket, spelar det roll för att mäta saker som radioaktivt material, sade Cumpson.
Kolet kommer troligen från bilavgaser, medan kvicksilverföroreningen uppstod eftersom kvicksilverfyllda termometrar och barometrar i laboratorierna ibland går sönder.
Teamet upptäckte också att man med hjälp av behandling med ozon och ultraviolett ljus på ett tillförlitligt sätt kunde bryta bindningarna mellan kolatomer på ytan, och på så sätt ta bort en jämn mängd av kolbaserad kontaminering. Kvicksilvret är dock troligen där för att stanna, sade Cumpson.
Som det finns andra metoder är ”UV-ozonmetoden verkligen den enda som är konkurrenskraftig med den manuella gnidningen”, sade han.
Fundamentalkonstanter
På lång sikt vill dock de flesta vetenskapsmännen komma bort från att definiera kilogrammet baserat på en metallklump. Istället bör det på något sätt baseras på en grundläggande naturlag, sade Davis.
”Jag tror att definitionen kommer att ändras under de kommande fem till tio åren”, sade Davis till LiveScience.
En möjlighet är att använda en elektromagnetisk anordning som konsekvent producerar samma mängd kraft, varifrån massan sedan kan beräknas, sade Cumpson.
Redaktörens anmärkning: Den här artikeln uppdaterades klockan 12:30 östkusttid den 7 januari för att klargöra skillnaden mellan vikt och massa.
Följ LiveScience på Twitter @livescience. Vi finns även på Facebook & Google+.
Renoverade nyheter