Et kilogram er ikke lenger hva det var

Loddet som ligger innelåst i et hvelv i Paris blir snart erstattet av et system bestående av naturkonstanter for måling av massen av et kilogram.

Tekst Mette Johnsrud – 12. juni, 2018

– Kilogrammet i Paris er ikke lenger godt nok, fordi det ikke er stabilt, sier Marit Ulset Nordsveen, som er overingeniør i Justervesenet. Hun forsvarte i vår sin avhandling ved UiO med temaer relatert til endringene i det nye internasjonale målesystemet (SI-systemet), som realiseres i 2019.

– Massen av loddet i hvelvet i Paris endrer seg over tid. Å ha en definisjon av et kilogram som endrer seg, er ikke godt nok i dag. Det har fungert godt i nærmere 130 år, men etterhvert som teknologien utvikler seg og vi lærer mer om verden rundt oss, trenger vi mer stabile referanser for å kunne gjøre stadig mer nøyaktige målinger, sier Nordsveen.

Hva betyr det?
Ved å definere måleenhetene ut fra naturkonstanter, vil målesystemet bli mer presist og stabilt. Det skjer i praksis fra 20. mai neste år, på verdens metrologidag.
Kilogrammet er i dag den eneste måleenheten som defineres av et objekt. Hva vil så egentlig redefineringen av kilogrammet ha å si for deg og meg?

– For Hvermansen vil ikke dette få noen direkte konsekvenser, opplyser Nordsveen.

Men grunnmuren i målesystemet blir mer stabil, noe vi alle vil dra nytte av selv om det ikke blir så synlig, påpeker hun. De praktiske konsekvensene av endringene vil i første omgang kun bli tydelig for metrologer og andre forskere som gjør målinger med ekstreme nøyaktigheter.

Kibble-balansen overtar
Den nye definisjonen av kilogrammet vil åpne for flere ulike metoder å realisere kilogrammet på. Én av disse er en Kibble-balanse som måler elektromagnetisk kraft mot tyngdekraftens påvirkning på et objekt. Dermed får man en lesbar spenning som kan brukes til å definere objektets masse.

Og med det vil man ikke lenger være avhengig av sporbarhet til et fysisk lodd som definerer kilogrammet. Hos Justervesenet har ingeniørene bygget en legomodell av Kibble-balansen som brukes når de skal forklare det nye prinsippet for måling av et kilogram.

Del av noe stort
– Det er spennende å ta del i det som trolig er de største endringene for mål og vekt i SI-systemet siden dets opprinnelse i 1875, sier Nordsveen.

Årets tema på Justervesenets konferanse i slutten av mai var nettopp at SI-systemet revolusjoneres. I november vil Generalkonferansen for mål og vekt vedta de største endringene av det internasjonale målesystemet siden oppstarten.

– Redefineringen er svært fremtidsrettet og åpner opp for ny teknologi, sier en begeistret Nordsveen.
Arbeidet med avhandlingen hennes var relatert til de endringene for mål og vekt som nå finner sted.

Lovende prosjekt
– Jeg har jobbet med å utvikle en selvkalibrerende effektdetektor for optiske målinger som kan skape en sterk sammenheng mellom radiometriske målinger og det nye internasjonale målesystemet (SI-systemet) som realiseres i 2019. Detektoren er selvkalibrerende ved at den utnytter to ulike måleprinsipper i én og samme detektor. Målingen er linket til både elektronladningen e og Plancks konstant h, som er to av de definerende konstantene i det nye SI. Detektoren vil derfor bidra til en sterk kobling mellom radiometriske målinger og det nye SI.

Arbeidet med den selvkalibrerende detektoren videreføres på Justervesenet også etter at doktorgradsarbeidet er fullført. Detektoren er trukket fram som ett av flere lovende prosjekter i EMPIR, et europeisk finansieringsprogram for forskning innen metrologi. Dersom prosjektet blir finansiert, vil det få tildelt midler på to millioner euro og involvere samarbeidspartnere over hele Europa.

Kloke hoder til Kunnskapsbyen Lillestrøm
Det er ikke få doktorgradskandidater Universitetet i Oslo (UiO) har uteksaminert som nå er forskere og ingeniører i virksomhetene i Kunnskapsbyen Lillestrøm. Tett i tett på Kjeller ligger Forsvarets forskningsinstitutt (FFI), Institutt for energiteknikk (IFE), Norsk institutt for luftforskning (NILU), Kjeller Innovasjon og Justervesenet. Nærmeste naboer er også utdanningsinstitusjonene UiO og Oslo Metropolitan University (OsloMet).

– Det er flere fordeler med å ta deler av utdanningsforløpet på Kjeller, sier Nordsveen. – Da jeg tok min mastergrad på IFE, fikk jeg svært relevant praksis ved forskningsinstituttet. Da veien videre gikk mot å fullføre en doktorgrad, fikk jeg tett oppfølging av veiledere som stilte opp på kort varsel. Det er ingen selvfølge, mener hun.