1千克的重新定义

SI的每个基本单元都有一个明确的定义。直到2018年，单位千克的定义都是基于国际标准千克(IPK)的质量。因为物体本质上是不稳定的，所以现在的工作是用更稳定的东西替换当前的定义，因此用术语“重新定义”。

重新定义千克是很有必要的，这其中有很多原因。主要原因是以下几点：

1. 储存在巴黎的IPK的质量是不稳定的并且不可能量化这种不稳定。
2. 主要标准只在巴黎的BIPM实验室可用。
3. 将一个全球的测量单位建立在一个物体上是一个很大的风险(损坏、丢失)。
4. 质量单位的未知变化也会影响安培、摩尔和坎德拉，到目前为止，它们都依赖于千克。

新定义旨在克服所有这些问题。

新的千克定义将与普朗克常数有关，普朗克常数的值已被选定，因此在重新定义时不会看到质量单位的变化，称量结果也不会受到任何影响。

由于千克的新定义不会改变千克单位的数值，因此没有必要重新校准天平等衡器。

由于新定义不会改变千克单位的数值，因此不需要重新校准称量仪器如砝码。

千克的新定义不会对商业上可用的标准产生任何影响。

质量咨询委员会(CCM)正在监督重新定义，通过一系列国家标准实验室之间的关键比对，确保质量单位在全球范围内是相同的。

根据基本常数重新定义有两个主要好处:

1. 在千克重新定义之后，SI的质量单位将完全稳定，并且可以根据重新定义的千克(通过瓦特天平或阿伏加德罗实验)监测原(基于人工制品的)质量标准(包括IPK)的变化。
2. 可追溯性不再需要从IPK中获取，因此各个的国家计量院可以 (从理论上) 通过基尔布天平(=瓦特天平)或阿伏伽德罗实验实现自己的质量标定。

( 来源 : EURAMET)。

新的千克定义比仅使用原器千克来定义确实要抽象得多。其方法的解释如下:

当普朗克常数精确地固定到6.626 070 15×10−34 s⁻¹·m²·kg时，“s”和“m”已经固定，那么通过这样做，“kg”也就固定了。所以通过使用上述普朗克常数的值，千克就可以被定义了。

只要千克的定义是建立在自然的不变而不是物质的人工制品的基础上，理论上就有可能在任何地点、任何时间、由任何人来实现质量的SI单位。因此，IPK将作为定义在功能上退役，但在物理上仍然作为检验标准在实验中使用。

2018年11月，CGPM(国际度量衡大会)将正式通过千克的新定义，并将于2019年5月20日起实施。

有两个物理实验室实验是根据普朗克常数来实现千克的，它们是XRCD(阿伏加德罗)硅球实验和瓦特天平(基尔布天平)实验。当计算中使用到普朗克常数这个固定值时，可以通过这些实验来确定一个物理物体的质量。

千克的重新定义只影响单位千克的实现，而千克单位是溯源的起点。因此其他校正程序均不受影响，例如砝码的校准或天平等衡器的校准。

在设计千克的新定义及其执行的验收标准时，特别注意在校准链上不确定性不会显著增加。虽然在可追溯链的开始有一些增加的不确定性，但这将被国家测量机构考虑，砝码和称量仪器校准证书上的不确定性将不受重新定义的影响。

目前，关于千克可能的重新定义还有几个尚未解决的问题。可以实现质量尺度的不确定性将从0 (IPK中当前的“不确定性”)增加到2E08 (重新定义实验的目标不确定性)。这种不确定性的增加相当于每公斤20µg质量标准。

另一个问题是，XRCD和Kibble Balance实现实验都是在真空中进行的，而目前的质量标定是在空气中实现和传播的。这一真空/空气步骤将为该单位的传播增加进一步的不确定因素，因为众所周知，真空/空气质量标准的传递会改变其质量值

NMIs所面临的挑战是确定这些和其他不确定因素的特征，并将其较小化，以确保其校准客户可用的较佳测量能力受到尽可能小的影响

(改编自EURAMET)。

两个实验都合适。事实上，这是重新定义的一个条件，两种类型的实验提供一致的结果。这两个实验都被认为是实现新的千克定义的有效方法。

由于千克的新定义不是为了改变千克单位，因此没有必要采取任何行动。

这个问题并不仅限于千克:国家计量机构定期参与相互比对，以确保所有测量单位在全球范围内是一致的。在千克的问题上已特别注意，以确保新定义的开始阶段及其执行的一致性。

根据新定义实现千克方法的条件是使用SI自然常数的固定值。目前已知有两种方法可以满足这一要求，它们是Kibble (Watt) Balance和XRCD (Avogadro Sphere)方法。在未来，其他的方法可能会被开发出来，但是现在还不知道。

在实验中，Kibble Balance相当于机械和电力的功率(因此也被称为“瓦特天平”)。它是在真空中工作的，并把物体的质量与普朗克常数联系起来。

XRCD (x射线晶体密度)的基础是单晶和单同位素硅球。它的质量确定是通过计算该球体中的原子数，并通过普朗克常数、阿伏伽德罗常数和电子质量的固定值确定硅球的质量。

瓦特/ Kibble balance和阿伏加德罗/XRCD实验都需要大量的实验室资源。它不能预先确定，有多少实验室将决定维持他们自己的实验，以及在未来的质量水平。