Dans un laboratoire silencieux, sur une table, se trouve un appareil de la taille d'un micro-ondes. À l'intérieur, une bobine glisse doucement de haut en bas tandis qu'un ordinateur enregistre les signaux électriques. Voilà à quoi ressemble la version de table de la balance de Kibble, un dispositif qui relie la masse aux constantes quantiques.
Autrefois, de telles balances occupaient une pièce entière et nécessitaient une équipe d'ingénieurs. Aujourd'hui, les ingénieurs de l'Université Tsinghua ont assemblé une version qui tient sur une paillasse de laboratoire. Elle est destinée à étalonner des poids de 1 gramme à 1 kilogramme avec une précision de classe E2, ce qui signifie que l'erreur ne dépasse pas 0,27 millionième. Si l'on pèse un poids d'un kilogramme, l'erreur sera inférieure à un tiers de milligramme, soit le poids d'un grain de sable.
L'astuce principale de la nouvelle conception réside dans la manière de déplacer la bobine. Pendant la mesure, la bobine doit se déplacer à vitesse constante, mais en pratique, elle accélère et décélère. Les chercheurs ont proposé d'ajouter au courant qui pousse la bobine des oscillations supplémentaires, les harmoniques impaires. Elles lissent la vitesse, comme un conducteur expérimenté atténue les à-coups d'une voiture sur une route cahoteuse. L'harmonique paire, quant à elle, corrige la différence entre le mouvement vers le haut et vers le bas.
En conséquence, la vitesse de la bobine reste presque constante : l'écart est inférieur à 5 % pendant 60 % du cycle de mouvement. Cela rend les mesures stables et précises. Ces balances de table pourraient apparaître dans chaque laboratoire d'étalonnage, rendant la mesure précise de la masse aussi courante que la mesure de la température.
Le kilogramme moderne n'est plus conservé comme un poids en fer à Paris. Depuis 2019, il est défini par la constante de Planck, une grandeur quantique qui peut être mesurée dans n'importe quel laboratoire à l'aide d'une balance de Kibble.