La definición final del kilogramo

En breve, la comunidad científica redefinirá el kilogramo alterando las bases de todas las medidas de masa. El motivo de esta redefinición subyace en el hecho de que el kilogramo es la única unidad básica cuya definición depende de un artefacto único.

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Desde hace aproximadamente un par de décadas los científicos han luchado por romper el vínculo entre la definición de unidad y artefacto. En sustitución, y como base para las unidades, se utilizan constantes naturales, que se consideran estables al paso del tiempo en el Universo, como es el caso del metro, cuya definición se encuentra dada por la velocidad de la luz.

 

“El kilogramo”.

El prototipo internacional del kilogramo (IPK), el objeto físico (“Le Grand Kilo”) que representa a la unidad actualmente, consiste de un cilindro de platino-iridio fabricado en 1879 y elegido como “kilogramo” en 1889. El problema es que una unidad definida exclusivamente por un artefacto tiene inconvenientes. Si de alguna forma el objeto de referencia cambia, la unidad cambia con él. Una vez cada 40 años, el cilindro se retira de su almacén para verificar si la masa de las 67 copias registradas y esparcidas en laboratorios de metrología alrededor del mundo coincide.

Ya se ha demostrado que diminutas cantidades de contaminantes atmosféricos, especialmente compuestos de mercurio y carbono, alteran lentamente la masa del los objetos con el paso del tiempo.

Le Grand Kilo

Le Grand Kilo

La nueva definición busca solucionar este problema.

 

Constante de Planck.

La física subyacente de las unidades las vincula irremediablemente con determinadas constantes naturales que, contrario a los artefactos, no sufren alteraciones al paso del tiempo. Por ello, el kilogramo estará definido por el valor de la constante de Planck, h, una cantidad mecánica cuántica con un valor cercano a 6.62×10−34m2 kg/s.

Ahora, el desafío es hacer una medición de esta constante respecto a la definición de kilogramo actual con la mayor precisión posible, y de esta forma llegar a un valor numérico fijo. Los metrólogos deben asegurarse de realizar esta elección con suma precaución, pues un valor equivocado se traduciría en un cambio a la unidad.

Nuevo SI definiciones unidades

La relación entre las siete unidades fundamentales del nuevo SI se basa en constantes naturales. La frecuencia de transición del cesio (ΔvCs) se emplea para el segundo (s), la velocidad de la luz (c) para el metro (m), la constante de Planck (h) para el kilogramo (kg), la constante de Avogadro (NA) para el mol, la sensibilidad del ojo humano (Kcd) para la candela (cd), la constante de Boltzmann (kB) para el kelvin (k) y la carga eléctrica elemental (e) para el amperio (A).

Otras dos ideas para definir dicho valor son la esfera de silicio del Proyecto Avogadro, y la balanza de watt.

 

La balanza de watt.

Sabemos que una balanza tradicional realiza una comparación entre la fuerza gravitacional ejercida por un objeto calibrado respecto a un objeto desconocido. Cuando hablamos de una balanza de watt, dicho objeto calibrado se sustituye por una fuerza electromagnética que se genera a través de una bobina y un imán permanente.

Para poder calcular h, la calibración depende de la copia del artefacto original del kilogramo. Además, la balanza de watt quizás sea el único instrumento de alta precisión que puede construirse con materiales caseros. “Es complicado para las personas apreciar el equilibrio real de watt y entender sus principios de trabajo”, dice Leon Chao, un ingeniero mecánico que forma parte del equipo que busca redefinir la unidad. “Por esta razón se construyó una versión de mesa a base de LEGO. Aunque no es muy precisa, resulta completamente operativa”.

Incluso ofrecieron la explicación para poder fabricar una:

 

Proyecto Avogadro.

Aunque no es algo que podamos replicar con materiales caseros, la esfera de silicio del Proyecto Avogadro es uno de los experimentos de metrología visualmente más sorprendentes.

“Se trata de una esfera con aproximadamente 93 mm de diámetro, con una superficie sumamente reflejante”, es la definición de la esfera que ofrece Katie Green, donde resumen el esfuerzo conjunto de 8 institutos internacionales de metrología.

CSIRO esfera

La esfera de silicio de un kilogramo es un fuerte candidato para el título del objeto más redondo del mundo. Si lleváramos esta esfera a la escala de la Tierra, la distancia entre la cima de la montaña más alta y el valle más profundo sería de apenas 10 metros. “El objetivo de esta esfera es contar con un objeto que pueda usarse para definir la constante de Avogadro”, explica Green.

 

Información complementaria.

De la misma forma que la balanza de watt, el Proyecto Avogadro también proporciona un valor para la constante de Planck. Pero, en lugar de competir, estos métodos se complementan. El hecho de que ambas medidas se correspondan es por demás interesante: las incertidumbres sobre el valor de h son pequeñas, de menos de 10 partes por mil millones.

Cómo nos afectará el cambio en este valor del kilogramo.

Para ser sinceros, no afectará casi en nada. Mientras el impacto en la vida cotidiana es nulo, necesitamos tener una visión más amplia de esta redefinición, como una forma de aumentar la precisión de la unidad.

En una próxima etapa, los científicos tendrán que analizar los estudios que se están haciendo y para noviembre del 2018, cuando vuelva a suceder la Conferencia General de Pesas y Medidas, quizás ya contemos con una nueva definición oficial.

Ciencia
  • John Doe Ago 8, 2017

    Que ogeis, ya no puede nadie comentar nada

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