La balance de Kibble

 
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La balance de Kibble, aussi connu comme la balance de watt, mesure la quantité d'électricité requise pour faire contrepoids à une masse suspendue dans un champ magnétique. La différence entre cette façon de mesurer la masse et l'utilisation d'eau, par exemple, est le lien qui unit la balance de Kibble et les constantes universelles, c'est-à-dire les principes fondamentaux expliquant le fonctionnement de l'univers (la constante de Planck, dans ce cas précis), ce qui permet d'éliminer les erreurs comme celles résultant des conditions atmosphériques et d'autres facteurs environnementaux.

À titre de comparaison, une balance ordinaire (comme celle que vous avez dans la salle de bain) mesure une masse inconnue à partir d'une balance que l'on espère calibrée avec précision.

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En quoi est-ce important

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Aussi étrange que cela puisse paraître, l'étalon dont on se sert actuellement partout dans le monde pour établir le poids de la moindre chose est un cylindre de métal gardé dans une chambre-forte en banlieue de Paris. Le petit cylindre en alliage de platine-iridium – d'un peu plus de 39 millimètres de hauteur et d'un diamètre identique – est le prototype international du kilogramme (PIK) (en anglais seulement). Il est soigneusement conservé à l'abri de l'air, dans une triple cloche de verre, afin que la poussière ou autre dommage n'en altère pas la masse. On ne l'a retiré de sa prison transparente qu'à quatre reprises depuis sa désignation en 1889, pour comparer l'exactitude de la demi-douzaine de copies officielles qui ont été produites.

Les scientifiques sont de plus en plus préoccupés par l'accessibilité et la stabilité à plus long terme du PIK, car sa masse n'est pas facilement reproductible et évolue graduellement avec le temps. La constante de Planck (h), une des trois constantes fondamentales utilisées dans l'expérience de la balance de Kibble, est la seule dont on n'a pas encore défini la valeur. Or, la balance de Kibble permet d'obtenir une mesure exacte de cette constante universelle, ce qui mènera à la redéfinition du kilogramme.

Qui est Bryan Kibble

Bryan Kibble (1938-2016) a travaillé comme physicien-expérimentateur au National Physical Laboratory (NPL) du Royaume-Uni de 1967 à 1998, avant de devenir membre attitré de cet organisme en 1985, en hommage à ses réalisations. Il a concouru à refaçonner le Système international d'unités (SI), mais est surtout connu pour avoir créé la balance du watt, une des approches envisagées pour redéfinir le kilogramme.

Rencontrez les experts de la balance de Kibble du CNRC

Carlos Sanchez
Carlos Sanchez, agent de recherche en mesures électriques au CNRC
Institution Conseil national de recherches du Canada
Recherches ou projets en cours Balance de Kibble, résistance Hall quantique, condensateur calculable et impédance
Formation Doctorat en physique de l'Université du Maryland
Prix Prix de la percée scientifique du CNRC, 2012
Principales publications
  • « A summary of the Planck constant determinations using the NRC Kibble balance »
  • « A determination of Planck's constant using the NRC watt balance »
  • « Elimination of mass exchange errors in the NRC watt balance »
Expertise Mesures électriques, superconductivité et cryogénie
Richard Green
Richard Green, chef d'équipe en métrologie de la masse au CNRC
Institution Conseil national de recherches du Canada
Recherches ou projets en cours Métrologie de la masse, constantes fondamentales, rapprochement de l'écart air-vide
Description des recherches ou du projet Redéfinition du SI, mesure des constantes fondamentales
Formation Doctorat en chimie physique de l'Université d'Ottawa, baccalauréat ès sciences en physique et statistique mathématique de l'Université Concordia
Principales publications
  • « A summary of the Planck constant determinations using the NRC Kibble balance »
  • « A determination of Planck’s constant using the NRC watt balance »
  • « Air–vacuum transfer; establishing traceability to the new kilogram »
  • « Determination of Surface Potential and Electrical Double-Layer Structure at the Aqueous Electrolyte-Nanoparticle Interface »
Expertise Métrologie de la masse, science du vide, science des surfaces
 
Barry Wood
Barry Wood, agent de recherche en mesures électriques au CNRC
Institution Conseil national de recherches du Canada
Recherches ou projets en cours Balance de Kibble, condensateur calculable, étalon de tension de Josephson
Formation Doctorat en physique de l'Université de Toronto
Prix Chercheur associé du CNRC, membre associé de l'IEEE, prix Astin 2006 et 2007
Principales publications
  • « A summary of the Planck constant determinations using the NRC Kibble balance »
  • « A determination of Planck's constant using the NRC watt balance »
  • « Elimination of mass exchange errors in the NRC watt balance »
Expertise Mesures électriques, cryogénie, constantes fondamentales

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