Autrefois, les unités standard de mesure telles que le mètre et le kilogramme étaient définies par des objets physiques comme une barre prototype et un cylindre de platine. Depuis mai 2019, toutes les unités de mesure sont définies par l’atome de césium et les constantes fondamentales de l’univers.
Dans un article rédigé pour la revue Physics Today, Wolfgang Ketterle, professeur au MIT, et Alan Jamison, professeur à l’IQC ainsi qu’au Département de physique et d’astronomie, décrivent comment nous sommes passés d’un morceau de platine à la constante de Planck, et comment la physique atomique est au cœur de la redéfinition la plus radicale, celle du kilogramme.
« La nouvelle définition du kilogramme illustre comment la recherche fondamentale, mue par la curiosité, peut avoir des applications inattendues, dit M. Jamison. La mesure de la constante de Planck avec une précision de 7 décimales peut ne pas sembler ‘utile’, mais la balance de Kibble issue de ces recherches permet d’établir des masses dans un contexte pharmaceutique d’une manière beaucoup plus précise que ce qui était possible auparavant. » [traduction]
On pourrait définir le kilogramme de plusieurs manières normalisées. MM. Ketterle et Jamison présentent certaines options intéressantes mais irréalistes, comme de pomper dans une cavité de micro-onde un kilogramme de photons — la quantité produite annuellement par une centrale nucléaire de taille moyenne.
La nouvelle définition est beaucoup plus pratique, en plus d’être reproductible et précise. Des laboratoires du monde entier peuvent mesurer eux-mêmes un véritable kilogramme. Il n’est plus nécessaire de faire une comparaison avec un cylindre de platine conservé à Paris. Et la précision avec laquelle la constante de Planck et les transitions de l’atome de césium peuvent être mesurées donnent une exactitude sans égale — la nouvelle définition du kilogramme ne laisse pratiquement aucune marge d’erreur.
Même si la définition incroyablement précise du nouveau kilogramme peut ne pas avoir beaucoup de sens lorsque l’on se pèse dans une salle de bain, M. Jamison fait remarquer que cette redéfinition illustre la puissance parfois inattendue de la recherche scientifique.
« De belles idées de la physique atomique, de l’optique ainsi que de la physique de la matière condensée convergent vers cette nouvelle définition, dit-il. Et celle-ci a d’extraordinaires implications pratiques pour l’industrie. » [traduction]