Wetenschappers zijn hard op weg om een nieuwe definitie van de kilogram te vinden. Een kogel van zuiver silicium (isotoop-28) zou de in 1889 vervaardigde oerkilogram kunnen vervangen. Om een nauwkeurige meting van het gewicht van de nieuwe kogel mogelijk te maken, heeft het Laser Centrum Hannover markeringen op de kogel aangebracht.
De in 1889 van een platinalegering vervaardigde oerkilogram, die op dit moment in een kluis in Parijs is opgeslagen, verliest om onverklaarbare redenen gewicht. Daarom moet er een nieuw oerkilogram komen, een kogel van zuiver silicium. De kogel heeft een doorsnede van 9,36 cm en bestaat voor 99,99 % uit het silicium-isotoop-28. De kogel is bijna perfect rond: de straal is op verschillende punten gemeten en verschilt niet meer dan 30 nanometer (30 miljoenste millimeter).
Perfect rond
Om de perfecte kilogramkogel te verkrijgen, wordt in een meetapparaat met behulp van Röntgenlicht het aantal atomen geteld. Omdat het exacte aantal siliciumatomen in een kilogram bekend is, kan met deze atoomtelling de nauwkeurigheid van een nieuwe oerkilogram worden bepaald. Daarbij is het echter noodzakelijk, dat de kogel binnen het gebruikte meetapparaat zeer nauwkeurig is gepositioneerd. Als richtmiddel moet de kristaloriëntering van de kogel aan de oppervlakte zichtbaar worden gemaakt met zo min mogelijk verandering van de zeer reine isotoop. Om de kogel zonder meetbaar gewichtsverlies te markeren wordt deze met een laser gestructureerd.
Laserstructurering met femtoseconden
Het Laser Centrum Hannover is samen met Micreon uitgekozen als partner voor de markering. De laserstructurering met een femtoseconden laser wekt oppervlakkige verstrooiingscentra op, die zelfs bij een zeer geringe afnamediepte van 10 nanometer met het blote oog goed zichtbaar zijn. De zichtbaarheid wordt nog versterkt door de golfstructuren, die het licht in de karakteristiek kleuren van de regenboog toont.
Een kogelprototype werd onlangs met succes voorzien van drie markeringen. Een tweede kogel met een nog hogere reinheid en nog geringere volumetoleranties wordt in de nabije toekomst, eveneens door beide bedrijven, met een laser gemarkeerd.
Nieuwe seconde
Welke consequenties de invoering van een zeer nauwkeurige massa-eenheid heeft is moeilijk te voorspellen. Dat het verregaande gevolgen kan hebben, toont de nieuwe definitie van de seconde aan. Niemand kon zich toen voorstellen dat tijd op een miljardste nauwkeurig bepaald kan worden. Tegenwoordig zou GPS zonder de nauwkeurige seconde-definitie ondenkbaar zijn. Een soortgelijke revolutionaire innovatiestap wordt ook verwacht van de nieuwe definitie van de kilo.
De kilogramkogel, ook bekend als Avogado-kogel, moet in 2011 op de volgende algemene vergadering voor Maat en Gewicht in Parijs voor de nieuwe definitie afscheid opleveren van de oude kilogram. De leiding van het Avogado-project is in handen van de Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunsweig.
