役のキログラム原器と引退したメートル原器

2.

どのように改定するのか

最優秀
作品賞

いくつかある基礎物理定な定数を選択し、定数の数値

優 秀
作品賞を決定してキログラムを定義する。候補として絞られたのは、「プランク定数」と「アボひと目盛り

世界をつなぐ

航空大学校生

確かな基準で茨城県

図 4 12 gまで炭素12を積上げる

優 秀
作品賞

正しく計量

小さな目盛りもガドロ定数」
である。
両方とも物理や化学の世界では重要

ひろあき

弘晶さん

おおやま

大山

あかね

茜さん

大きな信用

むらおか たか し

村岡

孝司さん

多くの方々に正確な計量への意識を高めていただくことを目的に、平成13年度から計量啓発標語の募集を毎年実施しています。16年目にあたる昨年（平成28年度）は、全国から422点の応募がありました。の定義に選択された「光の速図 5 プランク定数を決定する2つの測定法

認知度は低く、直感的な説明 （ワットバランス法はNISTのHPを参考に編集）も難しい。
それでも、アボガドロ定数は、現行（改定前）のモルの定義に基づいて「12 ｇになるまで炭素12の原子を積上げたときの原子の数（図4）」とイメージすれば、質量との関連は理解できる。
子のエネルギーがプランク定数と振動数の積であることから、
質図１）。

量との関係を導くが数式に頼らずイメージするのは難しい。

き換えられる中、人工

ところが、結果的にキログラムの改定に採択されたのはプラ。
白金とイリジウムのンク定数である。SIの体系全体を俯瞰すれば、このほうが電気しているように見える標準にとっても都合がよい。

1億分の5に相10-8、さて、プランク定数の採用により、別候補のアボガドロ定数の位当 ）変 化 し て き た（ 図置づけはどのように変わったのか。
実はプランク定数とアボガドロ）。キログラムは多く定数の間には、他の基礎物理定数を介して、一方が決まれば他方もの組立単位と関連し、決まる関係がある（図５の矢印はこの関係を示す）。
アボガドロ定数

PKの不安定さは質量はワットバランスとは全く異なる測定法から得られるため、異なるだけでなく、力やエネ経路から検証されたプランク定数の信頼性は格段に高まる。
メー

ルギーの測定にも影響

トル条約下で質量関連量を検討する質量関連量諮問委員会する（図3）。このため、（CCM)は、両測定の一致を改定の前提条件として推奨している。

3.

中野

何 で も は か っ て み よ うコンテスト〈平成 28 年度の最優秀作品賞及び優秀作品賞〉
最優秀作品賞

400mトラックのながさをはかってみよう
神奈川県 小学１年

うえさか

上坂

たいき泰希さん

優 秀
作品賞

野菜のしぼり汁によるデンプンの分解のうちだ
まな
速さくらべ
茨城県 小学６年 内田 愛さん

優 秀
作品賞

ぼくのからだは記憶ゴム
神奈川県 小学６年

たけうち竹内かずと一翔さん【何でもはかってみようコンテストとは】小学生が、学校や家庭生活の中の身近なものについて、「はかることの楽しさ・大切さ」を実践する機会を提供して、小学生の理科教育及び考える学習の推進を図ることを目的に、平成17年度から「何でもはかってみようコンテスト」の募集を毎年実施しています。12年目にあたる昨年（平成28年度）は、全国から119点の応募がありました。

※平成28年度入選作品については、（一社）
日本計量振興協会のホームページで詳しくご覧いただけます。

募集から入選作品決定までのスケジュール
6 月中旬

キログラム原器による定義と何が違うのか

地方計量行政機関、計量関係団体、企業、及び（一社）
日本計量振興協会HPを通じて作品を募集します。
9 月初旬 応募を締め切ります。
10月中旬 「計量記念日実行委員会」
及び「何でもはかってみようコンテスト審査委員会」において、厳正に審査し、入選作品を決定します。
11月1日 計量記念日全国大会において、最優秀作品及び優秀作品を発表・表彰します。

定義に改定し、将来の実際のアボガドロ定数の測定では、図4に示す12 gと炭素12

科学や技術の高度化にの代わりに、精密に測定できる1 kgのシリコン28を用いる。

対処することが不可欠

2003年産業技術総合研究所 計量標準総合センター（NMIJ）
は、発行日と考えられている。

当時として世界最高の精度でアボガドロ定数を測定した。
その時発行所の不確かさは２×10 （1億分の20；プランク定数に換算しても-7

計量 のひろば

60

No.

特集

質量の単位「キログラム」の定義を改定【計量啓発標語とは】な定数であるが、「メートル」
さ」に比較すると、社会でのなかの正しい計量保健師

兵庫県位「メートル」が通っ本単位の定義と同様未来を築く

数から質量に関連する最適

他方のプランク定数は、質量とエネルギーが等価であること、光に、不変な定数による信頼と奈良県物理定数に置き換わキログラムを他のSI基

計 量 啓 発 標 語 〈平成 28 年度の最優秀作品賞及び優秀作品賞〉

平成29年9月25日

一般社団法人 日本計量振興協会〒162-0837 東京都新宿区納戸町25-1
日計振で

検索

TEL.03-3268-4920(代表)

11月1日は計量記念日

2.

特集

不確かさは同じ）であり、世質量の単位「キログラム」の定義を改定

1.

どのように改定するのか界最高であるがIPKの長期都合は顕在化していないたいくつかある基礎物理定安定性より劣っていた。
このめ、改定は拙速ではないか

数から質量に関連する最適ような事情を背景に、2004という視点がある。SI改定

な定数を選択し、定数の数値
年より「アボガドロ国際プロの成功例である「メートル」を決定してキログラムを定ジェクト」が開始され、参加は、原器の廃止（クリプトン義する。候補として絞られた 図 ６
国が得意な技術を分担して得意な技術を持ち寄った
アボガドロ国際プロジェクト
図 4 12 gまで炭素12を積上げるのは、「プランク定数」と「アボ （国旗は役割分担を厳密に示すものではない）
各技術の課題解決を目指しなぜ改定が必要なのか

図 7 改定前後で日常での測定に不連続は生じない

86の波長を採用）が1960年であり、前後して始まった電子デバイスの集積化の流れを支えた。今回の改定も質量に関係ガドロ定数」である。
両方ともた。
図６にプロジェクトに結集したシリコンの「同位体濃縮結晶」、する様々な測定量の技術革新、特に微小量や微小領域での新物理や化学の世界では重要「球体への研磨」「、モル質量の測定」「、格子定数の測定」「、体積の測たな計測技術の基盤となることが期待されている。

5.

2018年の第26回国際度

な定数であるが、「メートル」この結果、2011年に不確かさは定」等の各要素技術を示す。

量衡総会において、「キログラ-8の定義に選択された「光の速（1億分の3に相当）まで改善し、最近では2×10-8程度（1億3×10ム」の定義の改定が審議されさ」に比較すると、社会での今日、分の2に相当）に達している。
10年以上の長期間の研究の成
図 5 プランク定数を決定する2つの測定法
認知度は低く、直感的な説明 （ワットバランス法はNISTのHPを参考に編集）
果が、SIの最大の技術課題に終止符を打つ段階にまで到達した。

る予定である。この改定では、は、現行の定義で特段の不改定後のSI基本単位

2018年の国際度量衡総会では、質量の単位（kg）だけでなく、メートル条約が成立して以も難しい。
それでも、アボガドロ定数は、現行（改定前）のモルの定
さて、図6には示されてないが、1 kgのシリコン球の質量は現在の電流（A）、熱力学温度（K）、物質量の単位（mol）についても、それ来、120年以上も質量の単位義に基づいて「12 ｇになるまで炭素12の原子を積上げたときのIPKを参照して測定されている。
そもそもIPKの不安定性が改定の動ぞれの定義の改定案が審議される予定である。
さらに、残りの時

図 １ 今も現役のキログラム原器とすでに引退したメートル原器原子の数（図4）」とイメージすれば、質量との関連は理解できる。
機であるから、測定でIPKを質量の基準とすることに疑問を持つかも間（s）や長さ（m）、光度（cd）についても、定義の内容に変更はなてきた国際キログラム原器（IPK）が、基礎物理定数に置き換わ他方のプランク定数は、質量とエネルギーが等価であること、光しれない。
図2で問題となったのは、IPKの長期的な不安定性である。

いが、改定に整合した記述となることが予定されている。
図８にる。これにより、「 キログラム」は長さの単位「メートル」が通っ子のエネルギーがプランク定数と振動数の積であることから、質短期的にはIPKは安定し、質量を校正する技術も確立され不確かさも改定後の各単位が参照する定数を示し、同時に各単位間での関「キログラム」の定義を実現し量との関係を導くが数式に頼らずイメージするのは難しい。
小さい。
そこで、各研究機関が現在（改定時）のIPKを基準にプランク連を矢印で表した。
例えば「メートル」の実現に
「秒」
が必要なよ

長さや時間が不変な定数による定義に置き換えられる中、人工

ところが、結果的にキログラムの改定に採択されたのはプラ定数の数値を決めれば、IPKの長期的な変動の影響を受けることなうに、「キログラム」は「メートル」と「秒」に関係する。

物であるIPKの不安定性が懸念されてきた。
白金とイリジウムのンク定数である。
SIの体系全体を俯瞰すれば、このほうが電気く、整合性のとれた値が得られる。
逆に、今後プランク定数から実現す

また、改定により図8の岩に示す定数の不確かさがゼロにな

貴金属合金で精密に作られたIPKは安定しているように見える標準にとっても都合がよい。
る1kgは、100年後であっても現在のIPKが示す1 kgになる。
現在の、水の三り、代わりにIPKの質量や磁気定数（真空の透磁率、μ0）1億分の5に相が、1889年の設定から50 μg程度（5×10-8、

さて、プランク定数の採用により、別候補のアボガドロ定数の位IPKの質量がプランク定数の数値に取り込まれ、実際のIPKの変化と、炭素12のモル質量（M（12C））が不確かさを持つ。
図重点（T tpw）

当 ）変 化 し て き た（ 図置づけはどのように変わったのか。
実はプランク定数とアボガドロ無関係になったと解釈すれば理解しやすい。
結果的に「キログラム」の４は炭素12を、定数となったアボガドロ数まで積上げたとき2）。キログラムは多く定数の間には、他の基礎物理定数を介して、一方が決まれば他方も長期的な不安定性は排除され、プランク定数から質量を実現する際に、ある不確かさをもって12ｇの分銅を校正している図としての組立単位と関連し、決まる関係がある（図５の矢印はこの関係を示す）。
アボガドロ定数の不確かさの向上や、微小質量への展開が技術的な課題となる。

解釈が変わる。
最後に、単位と定数の関係について、
国際度量衡

IPKの不安定さは質量はワットバランスとは全く異なる測定法から得られるため、異なる局は簡潔な図9を公開している。
国際度量衡局を含めて計量関だけでなく、力やエネ経路から検証されたプランク定数の信頼性は格段に高まる。
メー係者は、「今回の改定が現行システムの安定性を確保しながら、ルギーの測定にも影響トル条約下で質量関連量を検討する質量関連量諮問委員会精度の向上と将来の技術革新を支える」
ことを多くの人々に理する（図3）。このため、（CCM)は、両測定の一致を改定の前提条件として推奨している。
今回の改定に関して、日常の生活で変化を感じる機会はあるだろう

解してもらい、同時に計量（科学的な側面も含めてMetrology）キログラムを他のSI基か。
結論から言えば、将来の先端的な科学や技術には大きな進歩をもの重要性を再認識してもらう機会となることを願っている。

た道を、半世紀遅れでたどることになる（図１）。

図 2 長期間では不安定な国際キログラム原器

図 3 ７つの基本単位は多くの組立単位の要

4.

3.

暮らしへの影響

本単位の定義と同様たらすことが期待されているが、日常的な生活への影響はほとんどなに、不変な定数によるい。
前述したように、定数の測定に用いる質量の基準は現在のIPKで定義に改定し、将来の実際のアボガドロ定数の測定では、図4に示す12 gと炭素12あり（図７の背景）、IPKの質量が定数の数値に反映される。
この結果、科学や技術の高度化にの代わりに、精密に測定できる1kgのシリコン28を用いる。
改定の前後で現在の1kgは継承され、日常の測定に影響しない。

キ ロ グ ラ ム 原 器 による定義と何が違うのか対処することが不可欠

2003年産業技術総合研究所
計量標準総合センター（NMIJ）
は、一方で、最高レベルの質量測定では不確かさの増加を懸念すると考えられている。

当時として世界最高の精度でアボガドロ定数を測定した。
その時声もあった。
近年の研究者の努力により、技術的な進歩やデータの（1億分の20；プランク定数に換算してもの不確かさは２×10-7蓄積が十分な段階に達し、理解も進んだようである。
懸念の背景に

図 8 基本単位と参照される定数（図では定数を不動の岩で象徴）

図 9 基本単位と参照される定数(BIPM HPから)図・写真 ©2017産業技術総合研究所