Kaiken mittaamisen perustana toimiva SI-järjestelmä muuttuu ensi toukokuussa. Uudistuksessa neljä perusyksikköä – kilogramma, ampeeri, kelvin ja mooli – määritellään uudelleen luonnonvakioiden avulla, jotta ne voidaan toteuttaa aina ja kaikkialla parhaimmalla käytössä olevan teknologian tarkkuudella.
Tieteen ja teknologian kehittyessä tarvitaan yhä tarkempaa mittausta entistä laajemmilla mittausalueilla. Nykyiset määritelmät rajoittavat saavutettavaa tarkkuutta. Ongelmallisia ovat erityisesti fyysiseen kappaleeseen ja materiaaliominaisuuksiin perustuvat määritelmät. Kaikki perusyksiköt halutaan määritellä luonnonvakioiden avulla, jotta ne voidaan toteuttaa aina ja kaikkialla parhaimmalla käytössä olevan teknologian mahdollistamalla tarkkuudella. Uudistuksella varmistetaan myös, että yksiköt eivät muutu hyvin pitkänkään ajanjakson kuluessa.
SI-järjestelmä perustuu tällä hetkellä seitsemään perusyksikköön: metri, kilogramma, sekunti, ampeeri, kelvin, mooli ja kandela. Uudistuksessa näistä neljä – kilogramma, ampeeri, kelvin ja mooli – määritellään uudelleen luonnonvakioiden avulla.
Kilogramman ja muiden perusyksiköiden suuruudet pysyvät uudistuksessa muuttumattomina, joten uudistus ei käytännössä näy kuluttajalle. Sen sijaan tieteen ja teknologian kehittäjät voivat hyödyntää uudistuksen mahdollistamaa mittaustarkkuuden paranemista.
VTT:n Mittatekniikan keskuksen johtaja Martti Heinonen muistuttaa, ettei kyse ole mistään triviaalista uudistuksesta. - Tulevaisuuden elektroniikka- ja lääketeollisuuden valmistusprosesseissa mitataan yhä pienempiä kohteita aina atomitasolle saakka: näissä SI-järjestelmän uudistuksen tuoma parempi tarkkuus on merkittävässä roolissa. SI-uudistuksen odotetaan myös ajan mittaan mahdollistavan tekniikoita ja tieteellisiä löytöjä, joita emme vielä osaa edes kuvitella, Heinonen sanoo.
Suurin muutos tapahtuu kaikille tutussa kilogrammassa. Kilogramman suuruutta ei uudistuksen myötä enää määritellä Pariisissa oleva fyysisen kappaleen avulla vaan Planckin vakion kautta. Planckin vakiolle sovittu tarkka arvo takaa, että kilogramman suuruus pysyy samana kuin nyt.
Uudessa SI-järjestelmässä yksiköt määritellään viiden luonnonvakion ja kahden atomien ominaisuuksiin perustuvan vakion kautta. Luonnonvakiot ovat valon nopeus tyhjiössä, Planckin vakio, alkeisvaraus, Boltzmannin vakio ja Avogadron vakio. Atomien ominaisuuksiin perustuvat vakiot ovat cesiumin perustilan tietty ylihienorakenteen siirtymä sekä tietyn taajuisen säteilyn valovoima.
Uudessa määritelmässä ampeeri on sidottu yhden elektronin niin kutsuttuun alkeisvaraukseen. Suorin tapa toteuttaa uusi määritelmä on siirtää elektroneja yksi kerrallaan, mikä onnistuu ylläolevan kuvan kaltaisilla, mikroskooppisen pienillä elektronipumpuilla. Kuvassa oleva VTT:n kehittämä elektronipumppu on valmistettu CMOS-teknologialla, jota käytetään myös tietokoneprosessoreissa. Monikerrosrakenteen piiloon jääneet osat on hahmotettu katkoviivoin. Oransseja rakenteita käytetään ohjaamaan sähkövirtaa sinisellä merkityssä sähköjohtimessa. Yksittäisten elektronien hallinta vaatii kvantti-ilmiöitä ja laitteen jäähdyttämistä noin asteen päähän absoluuttisesta nollapisteestä.
Muodollinen päätös uudesta SI-järjestelmästä tehdään Yleisen paino- ja mittakonferenssin (CGPM) kokouksessa Versaillesissa 13.–16.11.2018. Uusi SI-järjestelmä otetaan virallisesti käyttöön Maailman Metrologiapäivänä 20.5.2019.
