Dans un caveau souterrain d'une banlieue parisienne se trouve un petit cylindre en métal rarement vu connu sous le nom de Le Grand K.

Depuis 130 ans, ce morceau de la taille d'une balle de golf composé à 90 % de platine et à 10 % d'iridium a servi de kilogramme prototype international. Cela signifie que c'était le seul objet physique par lequel tous les autres kilogrammes à travers la planète ont été mesurés.

Si des contaminants microscopiques dans l'air ont fait grossir Le Grand K, le kilogramme lui-même s'alourdit un peu. Si un nettoyage rigoureux ou une petite rayure l'a rendu légèrement plus léger, le kilogramme lui-même est également devenu plus léger. En effet, on estime qu'au cours de sa durée de vie, Le Grand K a perdu 50 microgrammes de masse.

Mais le long règne du Grand K touche à sa fin.

À partir de lundi, le kilogramme ne sera pas redéfini par un autre objet, mais par une propriété fondamentale de la nature connue sous le nom de constante de Planck. Comme la vitesse de la lumière, la valeur de la constante de Planck ne peut pas fluctuer - elle est construite avec une précision exquise dans le tissu même de l'univers.

"Contrairement à un objet physique, une constante fondamentale ne change pas, " a déclaré Stéphane Schlamminger, un physicien au National Institute of Standards and Technology (NIST) à Gaithersburg, Md. "Maintenant, un kilogramme aura la même masse que vous soyez sur Terre, sur Mars ou dans la galaxie d'Andromède."

Les chercheurs qui ont consacré leur vie à la science de la mesure disent que la nouvelle définition du kilogramme et des changements similaires à la taupe (qui mesure des quantités de très petites particules), l'ampère (qui mesure la charge électrique) et le kelvin (qui mesure la température) - représente un tournant profond pour l'humanité.

"La capacité de mesurer avec une précision croissante fait partie de l'avancement de notre espèce, " dit Walter Copan, directeur du NIST.

La plupart d'entre nous, les gens ordinaires, remarqueront à peine le changement. Un poulet de 4 livres (1,81437 kilogrammes) à l'épicerie ou une livre de grains de café (0,453592 kg) chez Starbucks restera exactement le même.

"Nous ne voulons pas choquer le système, " a déclaré Schlamminger.

La décision de redéfinir quatre unités de base du Système international d'unités a été prise en novembre lors de la 26e Conférence générale des poids et mesures à Versailles, La France. Les délégués de 60 États membres se sont réunis dans un grand auditorium pour le vote historique. C'était unanime. Une ovation debout et un toast au champagne ont suivi.

"La réunion elle-même était une expérience électrique, " dit Copan, qui représentait les États-Unis. "Ce fut un long voyage pour arriver à ce point."

Les origines du système métrique remontent à la Révolution française à la fin des années 1700. À l'époque, environ 250, 000 unités de mesure différentes étaient utilisées en France, faire du commerce et du commerce un défi. Le nouveau système a été conçu pour être rationnel et universel, avec des unités basées sur des propriétés de la nature plutôt que sur un décret royal ou sur les caprices des ducs et des magistrats locaux.

"L'idée était que ces mesures seraient éternelles et les mêmes pour tout le monde, partout, " a déclaré Ken Alder, historien des sciences à la Northwestern University d'Evanston, Je vais.

L'unité de base du système était le compteur, qui était censé être un dix-millionième de la distance du pôle Nord à l'équateur le long du méridien de Paris. (Les scientifiques de l'époque ont fait une légère erreur dans leurs mesures, et le compteur mesure environ 2 millimètres de plus qu'il ne devrait l'être.)

À la fois, le kilogramme était défini comme la masse de 1, 000 centimètres cubes d'eau à 4 degrés Celsius.

Ces unités ont été adoptées par la République française en 1795, bien qu'en pratique, les gens ont continué à utiliser leurs propres mesures locales pendant des décennies.

"Ce n'est pas comme si tout le monde avait pris le train en marche dès que le système métrique a été officialisé, " a déclaré Barry Taylor, un scientifique émérite au NIST. "Ce n'était certainement pas le cas."

Les pays d'Europe et d'Amérique du Sud ont adopté le système métrique tout au long du XIXe siècle. En 1875, des délégués des États-Unis et de 16 autres pays ont signé le traité du mètre à Paris. Il a établi un système universel d'unités basé sur le mètre, le kilogramme et le second qui rationaliseraient le commerce entre les nations. (Le second a été défini comme 1/86, 400 du temps moyen qu'il faut à la Terre pour effectuer une seule rotation sur son axe.)

Bien que le mètre et le kilogramme soient basés sur la taille de la Terre, ils ont été officiellement définis par des artefacts métalliques, dont Le Grand K, qui ont été coulés à Londres en 1889 et conservés dans un caveau au sous-sol du Bureau international des poids et mesures nouvellement créé à Sèvres, La France. Les pays membres ont reçu l'une des 40 répliques précises.

Le Traité du mètre a également créé la Conférence générale des poids et mesures (CGPM), un groupe international chargé d'étudier et de voter sur les changements proposés aux unités de mesure pour tous les États membres.

« La métrologie est une science vivante, " a déclaré Schlamminger.

La CGPM a approuvé trois autres unités de base en 1954 - l'ampère pour le courant électrique, le kelvin pour la température thermodynamique et la candela pour l'intensité lumineuse.

En 1967, il a redéfini le second en se basant sur les oscillations d'un atome de césium-133, un pendule beaucoup plus précis et fiable que la rotation légèrement bancale de la Terre.

En 1983, le mètre est devenu la première unité métrique liée à une propriété fondamentale de l'univers lorsqu'il a été redéfini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en {99, 792, 458 de seconde.

"Aujourd'hui, nous pouvons mesurer la distance de la Terre à un satellite à 6 kilomètres avec une précision exquise de 6 millimètres, " Schlamminger a déclaré. "Essayez cela avec un mètre. "

Et pourtant le kilogramme est resté attaché à la masse du Grand K, un objet si précieux qu'il n'a été retiré de son coffre-fort à triple verrouillage qu'une fois tous les 40 ans pour le nettoyage et l'étalonnage.

Les métrologues ont souhaité mettre à jour la définition du kilogramme depuis le début des années 1900, mais la capacité de mesurer la constante de Planck avec la précision nécessaire ne s'est matérialisée que récemment.

La constante de Planck est un nombre qui relie l'énergie et la fréquence de la lumière, un peu comme la façon dont pi relie la circonférence et le diamètre d'un cercle. Les avancées technologiques qui ont fixé la valeur de la constante sont arrivées par à-coups.

Dans les années 1970, des scientifiques du National Physical Laboratory de Grande-Bretagne ont développé un nouveau type d'échelle qui relie la masse à la force électromagnétique. Il a été nommé la balance Kibble en l'honneur de son inventeur, Bryan Croquette, et bien qu'il ne soit pas encore assez précis pour redéfinir le kilogramme, il a suggéré une voie à suivre.

En 2005, les mesures effectuées avec la balance Kibble s'étaient suffisamment améliorées pour qu'un groupe de chercheurs connus parmi les métrologues sous le nom de Gang of Five écrivit un article intitulé, "Redéfinition du kilogramme :une décision dont l'heure est venue."

"Ce papier a vraiment commencé toute cette odyssée, " a déclaré Schlamminger.

En 2013, les experts ont convenu que pour changer la définition, les instituts nationaux de métrologie devraient mesurer la constante de Planck avec une précision de 20 parties par milliard, et montrer que deux méthodes différentes de prise de mesure produiraient la même réponse.

"Une expérience pourrait avoir un vice caché, mais si vous avez deux approches absolument différentes et qu'elles sont d'accord, alors les chances que vous vous trompiez complètement sont très faibles, " a déclaré Ian Robinson, chercheur au Laboratoire national de physique.

Les soldes de croquettes fournissaient une valeur. L'autre mesure impliquait une sphère de la taille d'une balle de softball en silicium pur enrichi. La structure de la sphère de 1 kilogramme, et les atomes à l'intérieur, a permis aux scientifiques de mesurer avec précision la constante d'Avogadro, qui relie le nombre d'atomes ou de molécules dans une substance à sa masse. Cela a été utilisé pour déterminer la constante de Planck à l'aide d'équations bien comprises.

"La sphère de silicium a servi de contrôle à l'approche Kibble balance, ", a déclaré Taylor.

Une philosophie similaire d'utilisation de constantes fixes sous-tend les nouvelles définitions de la taupe, le kelvin et l'ampère. Après lundi, la taupe sera définie par la valeur de la constante d'Avogadro, le kelvin par la valeur de la constante de Boltzmann (qui relie la température à l'énergie), et l'ampère par la valeur de la charge élémentaire, la plus petite charge observable dans l'univers.

« Tout le monde a accès à ces constantes fondamentales, " Schlamminger a déclaré. "Ils ne font pas de distinction entre les riches et les pauvres. Tout ce dont vous avez besoin, c'est d'un peu de physique."

Ils ne font pas non plus de distinction entre les Terriens et les êtres ailleurs dans l'univers. Tout comme la première itération du système métrique a rationalisé la communication et le commerce entre les nations, les unités nouvellement définies pourraient un jour aider l'humanité à communiquer avec les extraterrestres, ont dit les scientifiques.

"Si nous prenons contact avec des extraterrestres, de quoi va-t-on leur parler ? La physique. Il n'y a rien d'autre, " dit Schlamminger. " Mais si vous dites aux extraterrestres que nos unités de mesure sont basées sur un morceau de métal, tu seras la risée de la galaxie."

Les scientifiques ne savent pas comment les nouvelles unités affecteront les futures découvertes, mais il est certainement possible qu'ils le fassent. Par exemple, le second peut maintenant être mesuré avec une précision telle que les chercheurs peuvent détecter de petits changements dans le champ gravitationnel de la Terre, car le temps se déplace un peu plus vite à mesure qu'il s'éloigne d'un centre de gravité.

"Seigneur Kelvin, l'un des leaders dans le domaine de la métrologie a déclaré, 'Mesurer, c'est savoir, ' », a déclaré Copan. « Comme nous sommes capables de mesurer avec une précision croissante, nous sommes capables d'en apprendre davantage sur les fondements de notre univers et les fondements de la vie."

Robinson a déclaré que les nouvelles définitions permettront aux scientifiques d'ouvrir leur imagination sur les possibilités de mesure.

"À partir de maintenant, ils n'ont pas à penser à ce morceau de platine et d'iridium à Paris - ils n'ont qu'à penser à la physique, " il a dit.

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