Inminente actualización de los pesos y medidas. Con nueva tecnología, se calibrarán las principales unidades patrón.Vigente

13 noviembre 2018
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Es el mayor cambio en el sistema internacional desde la Convención del Metro, que se firmó en 1875; permitirá un nivel de precisión nunca antes alcanzado. Una actualización con enorme trascendencia para las ciencias físicas y también para la vida cotidiana, porque revalida la confianza en los principales términos de intercambio: que un kilo de papas sea exactamente un kilo de papas.
Entre los científicos que elaboraron el informe sobre el que se debatirá en el encuentro, hay un argentino: Héctor Laiz, gerente de Metrología, Calidad y Ambiente del Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI).

Héctor Laiz y Alberto Zinzallari, con el instrumental que usa el INTI para medir la unidad Candela

Cuentan los historiadores que en el ancien régime francés había ¡miles de unidades de medida! Para racionalizar los intercambios de bienes y las actividades del Estado, en junio de 1792 los astrónomos Jean-Baptiste Joseph Delambre y Pierre François André Méchain partieron de la capital de Francia, uno hacia el norte y otro hacia el sur, para medir la parte del meridiano que va de Dunkerque a Barcelona y establecer la dimensión del metro como una diez millonésima parte de la distancia entre el Polo Norte y el Ecuador.

Para extraer este número de la superficie curvada del planeta, durante siete años treparon a las torres de las catedrales y a las cumbres de volcanes, y hasta corrieron riesgo de ser guillotinados. Al volver, presentaron sus datos en lo que fue la primera conferencia científica internacional del mundo y a la que asistió el mismísimo Napoleón. “Las conquistas llegan y se van –sentenció el emperador–, pero este trabajo permanecerá”.

Así se crearon las dos primeras unidades del sistema métrico decimal (el metro y, a partir de este, el kilogramo) cuyos patrones fueron depositados en los Archivos de la República de Francia el 22 de junio de 1799. Casi un siglo más tarde, un acuerdo diplomático firmado por 17 países (entre ellos, la Argentina, representada por Mariano Balcarce, yerno de San Martín) consagró la Convención del Metro.

Ahora, en una cumbre de la metrología que comienza hoy en Versalles, científicos llegados de 60 países procederán al mayor cambio en el Sistema Internacional de Unidades, que se registra desde entonces. Se redefinirán cuatro de sus unidades básicas: el kilogramo (unidad de masa), el ampere (unidad de corriente eléctrica), el kelvin (unidad de temperatura) y el mol (unidad de sustancia).

Si se aceptan los resultados de experimentos que se vienen realizando para determinarlos sobre la base de constantes fundamentales de la naturaleza, el viernes se sellará un histórico acuerdo que dejará de lado definiciones abstractas o arbitrarias, como la comparación con un objeto físico, y permitirá “realizar” estas unidades en cualquier momento y lugar.

Las unidades de base del sistema internacional son siete: el segundo, el metro, el kilogramo, el ampere, la candela, el mol y el kelvin. De aquí en más, cuatro de ellas serán calculadas en relación con constantes válidas en la Tierra o en cualquier lugar del universo. El kilo se definirá en relación con la constante de Planck (h); el ampere por la carga eléctrica del electrón (e); el kelvin por la constante de Boltzmann (k) y el mol por la de Avogadro (NA). Así se sumarán al segundo, el metro y la candela, que ya cumplen con esta condición.

“Tal como la redefinición del segundo en 1967 (‘la frecuencia de la radiación que emite una transición del átomo de cesio entre dos niveles hiperfinos en su estado base’) sustentó desarrollos tecnológicos que transformaron cómo nos comunicamos, e hizo posible utilizar el GPS y la internet, los nuevos cambios tendrán impacto en la ciencia, la tecnología, el comercio, la salud y el medio ambiente”, afirma en un comunicado la Oficina Internacional de Pesos y Medidas.

“Desde hace muchos años, el metro es la distancia que recorre la luz en el vacío en una fracción de segundo (1/299.792.458) y se mide con láseres –explica Héctor Laiz, gerente de Metrología, Calidad y Ambiente del INTI y uno de los 18 integrantes del Comité Internacional de Pesos y Medidas que elaboró las recomendaciones para esta reconversión–. Definir una distancia por el tiempo que lleva recorrerla resulta natural. Es lo que hacemos, por ejemplo, cuando decimos que entre un punto y otro hay 10 minutos ‘a pie’”.

Un proceso que duró 12 años

Pero definir el kilogramo en función del valor de la constante de Planck es algo más fácil de decir que de hacer. “Llevó 12 años por las dificultades experimentales que implica –cuenta Laiz–. En su momento, había dos líneas para la redefinición del kilogramo. Una planteaba que había que usar la constante de Planck y la otra, que había que determinarlo en función de la masa de una partícula”.

“¿Por qué se impuso la constante de Planck? Bueno, porque para los físicos es más fundamental. La masa de un átomo depende de si está en estado de reposo, aislado o vinculado con otros. En cambio la constante de Planck relaciona la energía de un fotón con la frecuencia de su onda electromagnética, es la constante básica de la física cuántica. Se mide en kilogramos por metro al cuadrado sobre segundo. Como ya tengo definido el segundo y el metro, asignándole un valor a la constante de Planck estoy definiendo el kilogramo”, argumentó.

En 2007 se estableció que para redefinir las unidades, los experimentos para relacionar la constante de Planck con el kg tenían que tener un nivel de acuerdo mejor que dos partes en 108 (2/100.000.000 o 0,00000002). El problema era que al principio tenían un desacuerdo mayor que la incertidumbre que existía al comparar una pesa con el prototipo de París. No se podía avanzar porque hubiera empeorado la exactitud de las mediciones en lugar de mejorarlas. Solo en 2016 se logró superar la incertidumbre que se había fijado.

Para hacernos una idea de lo que significa ese nivel de precisión, pensemos que las balanzas para pesar soja en los puertos argentinos tienen una exactitud de una parte en mil. La que ofrecen estas mediciones es de dos partes en una centena de millones.

Las otras unidades que se van a redefinir son el kelvin, que de ahora en más se determinará a partir de la constante de Bolzmann (relaciona temperatura con energía), el mol (asignándole un valor numérico fijo a la constante de Avogadro) y el ampere (por la carga del electrón).

Uno de los problemas que llevó a este cambio radical fue que las medidas eléctricas, no se podían “realizar” experimentalmente. “Desde 1990 –explica Laiz–, la metrología eléctrica está basada en experimentos cuánticos y no en la definición del ampere. Había una inconsistencia que ahora se va a subsanar”.

Como la constante de Planck vale lo mismo en cualquier lugar del universo y en cualquier condición, de aquí en más, “siempre que pueda relacionar la constante de Planck con una medición de masa voy a poder tener una realización del kilo –subraya el científico–. Antes, si uno quería medirlo en Marte, tenía que sacar el cilindro de platino e iridio de su bóveda y llevarlo al planeta rojo para hacer calibraciones. Ahora, solo tengo que hacer un experimento que relacione la masa con la constante de Planck”.

Si se aprueban, estos cambios comenzarán a regir el 20 de mayo de 2019. Pero a no inquietarse: una tonelada seguirá siendo equivalente a 1000 kilos de los actuales y tampoco tendremos que modificar nuestras recetas culinarias. Sin embargo, a los científicos este cambio les permitirá trabajar en cualquier escala sin perder precisión.

Cuando en 1900 Max Planck propuso redefinir el sistema internacional de medidas sobre la base de constantes fundamentales de la naturaleza, afirmó que éstas “necesariamente retendrán su validez en todo tiempo y cultura, incluso en las extraterrestres”. El logro es un avance mayúsculo de la ciencia cuyas derivaciones es imposible anticipar.

“Redefinen el kilo y otras medidas”, por Nora Bär para La Nación del 13 de noviembre de 2018
La imagen es original del artículo.

Cómo se hacía hasta ahora la calibración del patrón nacional del kilogramo

Guardado en el INTI, tenía que viajar cada cinco años a París para ser comparado con el internacional

Las mediciones fueron cruciales a lo largo de la historia para un sinnúmero de actividades, desde el comercio hasta la construcción, la astronomía, la navegación, las comunicaciones y la actividad espacial. Y así como el patrón internacional del kilogramo se conserva en París, el nacional se mantiene celosamente guardado en un laboratorio subterráneo del Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI). Hasta ahora, cada cinco años había que enviarlo a “calibrar” a la Oficina de Pesos y Medidas de la capital francesa (en este momento está precisamente allí).

Al volver, los ingenieros y técnicos del INTI hacían lo que llaman la “diseminación” a múltiplos y submúltiplos para que fuera posible pesar desde un barco lleno de soja hasta los microgramos de una sustancia farmacológica.

“Calibrábamos cinco pesas de un kilo, luego dos de cinco, con las dos de cinco, una de diez y así hasta llegar a 1000 kilos –explica Héctor Laiz–. Y con pesas de 1000 kilos calibramos las tolvas que pesan los productos del campo que llevan los barcos. Cuando decimos que la Argentina exportó 40 millones de toneladas de granos, las medimos con esas pesas”.

Según el especialista, a partir de la redefinición ya no será necesario calibrar nuestro patrón contra el internacional. En teoría, podríamos tener aquí el instrumental necesario para “realizar” el kilogramo. Pero, por ahora, hay solo cinco institutos en el mundo que pueden hacer calibraciones en función de la nueva definición.

Uno de ellos es el National Institute of Standards and Technology (NIST), de los Estados Unidos, cuya balanza de watt midió la constante de Planck con un error de 34 partes por 1000 millones. Ese experimento es uno de los que permitieron la actual redefinición del kilogramo.

Por Nora Bär para La Nación del 13 de noviembre de 2018