Jesús Iborra (Profesor del departamente de Física y Química)
“CON EL AÑO NUEVO (2019)
EL KILOGRAMO SE REDEFINE”
“Gramo arriba,
gramo abajo…………………¡qué más da!”
Un kilo de patatas,
de lentejas o de pasteles, pesa, por definición, lo mismo que el cilindro de
platino-iridio guardado bajo varias campanas protectoras y encerrado con tres
llaves en el sótano del Pabellón de Breteuil en París. Este Prototipo de
Kilogramo Internacional (IPK), empleado para calibrar los patrones oficiales de
la unidad de masa, se jubila tras 129
años de servicio a la humanidad. En la última sesión de la vigesimosexta
Conferencia General de Pesos y Medidas celebrada en Versalles, los 60 Estados miembros han
votado de forma unánime a favor de redefinir el kilogramo: a partir del año
2019, la unidad de masa no será un objeto físico, sino un valor derivado de una
constante de la naturaleza. Este cambio no tendrá ninguna implicación en la
cesta de la compra ni se notará en el día a día, pero puede ser muy importante
en ámbitos científicos como el desarrollo de estructuras, medicinas,etc.
Los metrólogos,
expertos en el campo de la medición de magnitudes, llevan años preparando el cambio al Sistema Internacional de
Unidades, que incluirá redefiniciones del mol, del kelvin y del amperio para
que estas unidades también se basen en constantes universales.
El kilogramo recibe
especial atención por ser la última unidad fundamental cuya definición todavía
depende de la magnitud de un objeto físico. Y eso es un
problema, señalan los científicos, porque el objeto no es inmutable.
En el último siglo, la masa del IPK ha fluctuado. Sigue siendo un kilo, ya que
por convenio no puede haber incertidumbre en su valor, pero con respecto a la
masa de otros patrones del kilo, ha variado por valores de al menos 50
microgramos (millonésimas del gramo). Esto es porque el cilindro se puede
ensuciar con partículas del aire y pierde pequeñas cantidades de material
cuando se limpia.
“Sentimos, sobre todo, alivio de que la decisión esté tomada”, dice
Stuart Davidson, jefe de metrología de masa en el laboratorio físico nacional
(NPL) de Reino Unido, uno de los centros más involucrados en la redefinición
del kilogramo. “Hay gente que lleva trabajando en esto toda su vida
profesional. Ahora podemos centrarnos en mejorar la tecnología y la precisión
de nuestras mediciones”, añade.
Otro incentivo para
retirar el IPK ha sido el peligro de que el cilindro resulte dañado o se
deforme. El metro, que solía ser la longitud de una barra de platino, ya se
redefinió en 1983 precisamente para evitar estos problemas. Al fijar la
velocidad de la luz —constante en el vacío— con un valor numérico universal,
los metrólogos acordaron llamar al metro “la distancia que viaja la luz en
1/299.792.458 segundos”. Cualquier laboratorio capaz de medir el paso del
tiempo con precisión puede calibrar su propia barra de metro.
Con el kilogramo
ocurrirá lo mismo, cuando los cambios aprobados entren en efecto el 20 de mayo
de 2019, el aniversario del Tratado del Metro de 1875. "El 20 de mayo de
2019 se vivirá la mayor revolución en la medición desde la Revolución Francesa",
aseguró el premio Nobel Bill Phillips desde el escenario. En lugar de la
velocidad de la luz, la cifra inmóvil elegida para definir la unidad de masa es la constante
de Planck, un valor que describe los paquetes de energía emitidos en
forma de radiación. La aprobación de esta definición del kilogramo ha tardado
años en llegar porque hasta hace poco no existían los medios tecnológicos para
llevarla a la práctica. Ahora, gracias a un aparato llamado la balanza de Watt
(a veces balanza de Kibble o balanza de potencia), se pueden calibrar patrones
del kilo conocido el valor de la constante de Planck.
La balanza de Watt
recuerda a una balanza de platillos, pero el objeto a pesar no se equilibra con
otra masa, sino con una potencia electromagnética. La potencia se calcula a
partir del valor de la corriente eléctrica aplicada para generarla y del valor
de la constante de Planck, ambos conocidos. Cuando alcanza un equilibrio con el
platillo del peso, permite calibrar patrones de masa con el menor margen de
error logrado hasta la fecha (para un kilogramo, el error es de unos 20
microgramos).
La elegancia del
cambio al Sistema Internacional es que, en un futuro, se podría desarrollar
tecnología más avanzada que permita derivar el valor de un kilogramo —a partir
de la constante de Planck— con precisión aún mayor que la lograda por la
balanza, sin que sea necesario cambiar la definición. Algunos científicos
proponían definir el kilo utilizando la constante de Avogadro, que relaciona la
cantidad de átomos o moléculas con la masa de una muestra, en lugar de la de
Planck. El consenso ha sido llegar a un nivel empírico de exactitud que permita
usar cifras fijas de ambas constantes para obtener el mismo valor numérico del
kilo.
La constante de
Avogadro, de cuyo valor también depende la nueva definición del mol, se ha
fijado midiendo la cantidad de átomos en una esfera perfecta de silicio. Se
espera que en los próximos años se aproximen más todos los valores experimentales
del kilo, según disminuye el margen de error de los distintos aparatos de
medición. “Los experimentos han mejorado mucho en los últimos años. Nunca van a
concordar exactamente, pero ahora es un momento tan bueno como cualquier otro
para llevar a cabo el cambio”, dice Davidson.
¿Qué será del
cilindro de platino-iridio guardado en el sótano de la Oficina Internacional de
Pesas y Medidas? “Seguirá existiendo”, afirma un experto metrólogo: “Pero será
un patrón más, con una incertidumbre que se puede calcular”.
BIBLIOGRAFÍA:
Investigación y Ciencia. Elpais.com
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