在七個基本單位中，千克是w*一個以真實物體做定義的單位：保存在巴黎的國際千克原器（IPK）。未來這將有所改變；質量的全新定義將基于自然常數。為此所需的實驗基本步驟需要在真空中進行。
網球大小、銀色、近乎完美的圓球——這是不久后將取代巴黎 IPK 鉑銥合金圓柱體的水晶球。它由科學家以高純度硅制造；其重量與千克原器精準相等。
在真空中更輕為了比較硅球質量與千克原器，將它們分別在大氣條件和真空中稱重。在真空中測量不受空氣浮力和對流的影響，其測量結果與大氣壓力下的測量結果差異不太大。因為空氣中的微小粒子會沉積在物體表面，因此真空中的物體會稍輕一點。稱重水晶球時，這些粒子實際上可能會產生近 10 微克的平均偏差。
為了設計一個無偏差的公式來定義千克，物理學家必須確定球體中硅原子的數量。借助非常精準的球形和完美的晶體結構，可精確計算出來。但為了達到所需精確度，研究人員在 1 億個原子中z*多只能錯算一個原子。如果實驗成功，則千克的定義可以基于自然常數：硅 28 的原子量。
真空確保純度為準確確定原子的數量，硅必須非常純凈。因此，單晶固體要在真空中生長，以保證完美質量。要做到這一點，需將純凈、均質的硅放在拉晶機坩堝中，加熱到熔點以上幾度。然后再將一個高純度小單晶（又稱種子晶體）投入熔融質量中。液態(tài)硅將固化在種子晶體上，并在此過程中繼續(xù)構建其常規(guī)晶格結構。通過緩慢的旋轉和向上運動，形成圓柱形水晶柱；之后，將硅球從水晶柱上切割下來。
經由此方式制造及隨后拋光的球體結構近乎完美：球體任何位置的直徑差異都不超過 100 納米。如果按此比例遷移到地球上，則任何山的高度都不超過五米。
兩年的測量實驗為了確定體積，必須以光學方法精確測量硅球表面大約一百萬個點。研究人員使用 x 射線干涉儀確定晶格中各原子之間的距離。獲得此數據后，可從理論上計算適合此體積的原子數量。
硅球內部由常規(guī)晶格組成，但表面會形成一層二氧化硅。這層二氧化硅會影響球體的質量和體積，因此物理學家必須精準確定其厚度，并在計算時考慮在內。之后，通過 X 射線熒光光譜和光電子能譜，對球體進行分析。此分析也要在真空中進行：將球體放在真空約 ?10-8 mbar 的超高真空系統(tǒng)中分析，這樣光子和電子不會被空氣粒子吸收，并能暢通無阻地到達探測器。
研究人員計劃花費兩年左右時間來測量水晶球。歷經近 130 年，千克原器有望在 2018 年秋季被取代。
普旭（Busch）將為q*的研究機構和實驗室應用提供真空系統(tǒng)。
