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16.11.2018

VERSALLES (Uypress) - En la 26ª Conferencia General de Pesos y Medidas celebrada hoy en Versalles los 60 Estados miembros votaron de forma unánime a favor de redefinir el kilogramo: la unidad de masa no será un objeto físico sino un valor derivado de una constante de la naturaleza.

Hasta hoy el kilogramo se definía como la masa del Prototipo Internacional del Kilogramo (IPK), un cilindro hecho de una aleación de platino-iridio almacenado en el Bureau Internacional de Pesas y Medidas, sito en el Pabellón de Breteuil a las afueras de París.

Este objeto ha servido bien a la ciencia y la tecnología durante casi 130 años, pero su estabilidad durante este período solo se pudo confirmar mediante comparaciones con copias idénticas, lo que es un proceso difícil y potencialmente inexacto.

El cambio no tendrá ninguna repercusión en la bolsa de los mandados ni se notará en el día a día, pero puede ser muy importante en ámbitos científicos como el desarrollo de medicinas.

“Se está haciendo historia de la ciencia. Esto se contará en los libros de texto”, dijo José Manuel Bernabé, director del Centro Español de Metrología y delegado de España en la conferencia.

En Uruguay es el LATU la institución responsable, en su rol de Instituto Nacional de Metrología, de brindar herramientas para dar confiabilidad, credibilidad, universalidad y calidad a todas las mediciones realizadas a nivel nacional. La Ley Nacional de Metrología (Ley 15298/82) le asigna “la responsabilidad del mantenimiento, custodia y diseminación de los patrones nacionales de medida” y de “mantener vinculación con la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, así como organismos afines”.

A estos efectos el LATU, a través de la Dirección de Metrología Científica y sus Departamentos de Metrología Física y Química, mantiene la trazabilidad a patrones primarios de medición de aquellas magnitudes que se definen como estratégicas con niveles de incertidumbre acordes con los requerimientos industriales del país.

El LATU cuenta con cuatro kilogramos de referencia que se calibran en el BIPM con respecto a las copias del IPK. Pero a partir de mayo del 2019 los mismos también se podrán calibrar en aquellos laboratorios que tienen capacidad técnica y analítica desarrollada para dar trazabilidad al kilogramo sin necesidad de referir sus estándares al BIPM como hasta ahora.

Para la determinación de la constante de Planck se realizaron dos experimentos diferentes en paralelo, uno mediante la utilización de una esfera de silicio puro con el cual se determina el Número de Avogadro y a partir del mismo se determina la Constante de Planck y otro mediante la utilización de la balanza de Kibble donde a partir de balances de fuerzas electromagnéticas se determina la constante de Planck.

El LATU está participando de proyectos que contemplan ambos experimentos de forma de colaborar en el estudio de la estabilidad de los patrones calibrados de ambas formas. En ese marco, en diciembre de 2017, recibió una esfera de silicio de parte del Instituto de Metrología Alemana (PTB) siendo uno de los primeros países de la región en formar parte del citado proyecto.

En setiembre de 2018 el LATU formó parte de un congreso de masa en donde se recibió una pesa calibrada por la balanza de Kibble en el marco del proyecto encabezado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y National Research Council (NRC), institutos metrológicos nacionales de Estados Unidos y Canadá, respectivamente.

En ambos proyectos el LATU, como instituto Nacional de Metrología de Uruguay, está formando parte de la investigación de la estabilidad, mantenimiento y protocolos de limpieza a desarrollarse para su implementación y utilización a nivel mundial.

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.

Los microgramos no afectan a la compra de fruta o de bizcochos, pero sí se deben tener en cuenta durante la síntesis de nuevos fármacos, por ejemplo. En la investigación física, tales fluctuaciones son “intolerables”.

Según explica Bernabé, con esta decisión “se están poniendo los cimientos para la nueva ciencia, una con menos incertidumbre para el desarrollo de la tecnología”.

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.

Los cambios aprobados entrarán 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 Bernabé: “Pero será un patrón más, con una incertidumbre que se puede calcular”.

Además del kilo, los 60 miembros con derecho a voto también aprobaron la redefinición de otras tres unidades basándose en constantes universales invariables. De este modo, el amperio (que mide la corriente eléctrica) se calculará en función de la carga elemental; el kelvin (temperatura) se medirá fijándose en la constante de Boltzmann; y el mol (cantidad de sustancia) se fija en función de la constante de Avogadro.

Fuentes: LATU/El País de Madrid