Les unités du Système International (SI) sont définies à partir de divers étalons et doivent être réévaluées de temps à autre. Aujourd’hui, selon les physiciens du National Institute of Standards and Technology (NIST), les constantes universelles sont désormais déterminées avec assez de précision pour redéfinir les différentes unités du SI d’ici 2018.

Le Système international d’unités est le système décimal d’unités le plus utilisé à l’échelle mondiale et est supervisé par la Conférence générale des poids et mesure (CGPM). Le SI comprend les sept unités de base suivantes : la masse (« m » en kilogrammes), le temps (« t » en secondes), la longueur (« l » en mètres), la température (« T » en kelvin), l’intensité électrique (« I » en ampères), la quantité de matière (« n » en moles) et l’intensité lumineuse (« Iv » en candela). Ces unités de base sont définies par rapport à des étalons ; par exemple, le kilogramme est étalonné sur la masse d’un cylindre de platine-iridium. Les étalonnages doivent être réévalués/corrigés tous les quatre ans par le Commitee on Data for Science and Technology (CODATA), car les valeurs finissent inexorablement par diverger avec le temps.

Afin de trouver une solution viable sur le long terme, le Comité international des poids et mesures propose en 2005 d’indexer la valeur des sept unités du SI sur la valeur des constantes universelles, intrinsèquement invariantes, telles que la vitesse de la lumière dans le vide ou encore la constante de Planck. Cette proposition a été étudiée en 2014 par la CGPM qui a conclu que les mesures de certaines constantes fondamentales étaient encore soumises à une incertitude trop élevée pour être utilisées comme étalons fiables. Toutefois, récemment, en septembre 2016, le Groupe de Travail sur les Constantes Fondamentales (GTCF) de la CODATA dirigé par Peter Mohr, David Newell et Barry Taylor a remis un rapport (1) publié dans le journal Review of Modern Physics dans lequel est expliqué que les mesures des constantes universelles sont désormais assez précises pour redéfinir les unités du SI.

Le GTCF, après avoir réévalué chacune des constantes fondamentales nécessaires à l’étalonnage des unités du SI, montre que les incertitudes de mesure sur les constantes de Planck et d’Avogadro sont quatre fois moins élevées, et celles sur la constante de Boltzmann deux fois moins élevées que lors de leur dernière évaluation en 2011. Selon Donald Burgess, chimiste au NIST, « la réduction de l’incertitude de mesure sur ces constantes fondamentales est significative […] et va permettre à la CGPM de redéfinir les sept unités du SI en terme de constantes. Les valeurs issues des équations qui décrivent les lois de la nature, telle que la relation entre l’énergie et la température exprimée par la constante de Boltzmann, seront désormais exactes et ne dépendront plus des incertitudes de mesures des unités inhérentes aux méthodes actuellement employées ».

balance watt nist 4 ultra précise

Mesure de la constante de Planck par balance-watt NIST-4 ultra-précise. Crédits : NIST

Dans le but d’obtenir les valeurs des constantes fondamentales les plus précises possibles, le NIST a compilé l’ensemble des mesures effectuées par différents laboratoires à travers le monde. La technologie employée pour effectuer la mesure des constantes fondamentales comprend aussi bien l’utilisation de « balance-watt » ultra-précises (permettant notamment de mesurer la constante de Planck) ou encore l’utilisation de sphères de silicone mono-isotopique (99.9995% de silicone 28) combinées à une nouvelle technologie de mesure par rayons X.

Les valeurs des constantes fondamentales sont donc aujourd’hui suffisamment précises pour que durant l’automne 2018, à la prochaine conférence de la CGPM, les sept unités de base du SI soient indexées sur ces constantes.

Source : Arxiv

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