El kilo se vuelve más exacto con una nueva definición
Los científicos cambian la definición de las unidades con las que medimos
Desde el viernes, el kilo ha dejado dejar de ser el kilo que siempre habíamos conocido. Bueno, no exactamente. Para ser precisos, lo que va a cambiar es la definición de kilo. Mucha gente tiene incorporado dentro de su rutina matutina pesarse en una báscula y comprobar su peso, pero quizás no mucha se ha preguntado qué es un kilo en realidad.
El kilo recibió su primera definición durante la Revolución Francesa: la masa de un decímetro cúbico de agua destilada a 3,98ºC de temperatura y una atmósfera de presión. Desde 1889 y hasta el viernes, el kilo se definía como: “Unidad de masa del Sistema Internacional, de símbolo kg, que equivale a la masa del prototipo de platino iridiado (IPK) que se encuentra en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de París”. Pero a partir del próximo 20 de mayo, que será cuando entre en vigor, se definirá mediante la constante de Planck y unidades eléctricas, puesto que el amperio ya se mide respecto al kilo. Agárrense. Esta es la nueva definición:
“El kilogramo, símbolo kg, es la unidad de masa del Sistema Internacional. Se define asignando el valor numérico fijo de 6,626 070 040×10 -34 a la constante de Planck (h) cuando esta se expresa en la unidad J.s [Jules por segundo], que es igual a kg.m2.s-1, donde el metro y el segundo están definidos en términos de c [velocidad de la luz en el vacío] y cs[valor numérico de la frecuencia de la transición entre los niveles hiperfinos del estado fundamental no perturbado del átomo de cesio 133] ”.
Si no han entendido nada, no se preocupen.
Pero lo que sí resulta más fácil de entender es el por qué del cambio. La incertidumbre, o sea, la exactitud es la clave.
Un artefacto –un objeto físico– se puede deteriorar y puede perder átomos o absorber moléculas. De hecho, el que se guarda bajo llave en París “no sale casi nunca de la caja fuerte, porque cuanto más lo saques más se puede dañar”, dice José Ángel Robles, director científico del Centro Español de Metrología (CEM).
Además, para mediciones en escalas convencionales, las definiciones existentes eran suficientes, pero “eran herramientas muy pobres para la ciencia moderna que necesita de mucha más precisión”, añade Robles. Esto es exactamente lo que ha sucedido con el IPK. Comparadas con él, algunas copias oficiales mostraban diferencias de hasta 50 microgramos. “Y lo peor es que no sabemos por qué, ni si la modificación se ha producido en la copia o en el IPK”, dice el director científico del CEM. También es fácil darse cuenta del problema que esto significa cuando se explica que este artefacto, sus copias y sus testigos son los que se usaban para calibrar instrumentos. Para nosotros, 50 microgramos es una minucia, pero en determinados cálculos puede ser una importante.
De hecho ya pasó algo parecido “cuando en 1990 se estableció la escala internacional de temperaturas y se descubrió que el agua no hervía a 100ºC, sino a 99,97ºC”, dice Eugeni Vilalta, vocal de la Secció de Metrologia del Institut d’Estudis Catalans. Tres décimas que no tienen ninguna importancia si se hierve arroz, pero mucha en otro tipo de cálculos.
Otro ejemplo. Los astronautas instalaron unos espejos en la Luna que se utilizan para medir la distancia con la Tierra. Cuando se cambió la definición del metro, y se la vinculó con la velocidad de la luz, los resultados de la medición de esa distancia fueron más exactos”, dice Vilalta.
Y es que la metrología también tiene su trazabilidad. “El fabricante de balanzas calibraba su balanza mediante pesas que –a su vez– habían sido calibradas con los testigos de un laboratorio que habían sido calibrados con otras que habían sido comparadas con la copia que se guarda en la sede de los distintos centros nacionales de metrología, y esta se había calibrado con el IPK”, explica Emilio Prieto, jefe del área de longitud del CEM. El cambio de artefactos por constantes universales invariables –como la velocidad de la luz–, que además siempre van a ser iguales a lo largo del tiempo, mejora la precisión, puesto que las nuevas magnitudes recogen la incertidumbre cero de las constantes.
De todas formas, la nueva definición del kilo ni está exenta de pro-
CONSTANTES UNIVERSALES Se abandona el único artefacto físico que quedaba para describir una unidad
LA RAZÓN Con las nuevas definiciones las mediciones van a ser más precisas
blemas ni su materialización se libra por completo de un artefacto físico.
Por un lado, “los dos experimentos que se han usado para determinar el nuevo patrón del kilo son muy caros”, explica José Luis Borrego –jefe del departamento de laboratorios y certificación de producto de la Entidad Nacional de Acreditación (ENAC)– y “sólo algunos centros nacionales los van a poder realizar, aunque su coste tampoco se va a trasladar a los usuarios”. En uno se usa la balanza de Watt y en otro una esfera perfecta de silicio y la constante de Avogardo, que mide el número de átomos o moléculas en una cantidad de materia concreta, a partir de lo cual se puede saber la masa de dicha esfera.
Además, “aunque las constantes tengan la ventaja de ser precisas e invariables, al hacer un experimento siempre estamos introduciendo cierto grado de incertidumbre”, añade Borrego.
De hecho, “el cambio de definición del kilo se quería haber hecho antes, pero en los primeros experimentos el nivel de incertidumbre era muy alto, y hasta que no ha habido dos que han dado el mismo resultado usando métodos distintos no se ha cambiado la definición”, apunta Vilalta. Y por último, “en los experimentos se seguirán comprobando las distintas pesas que tienen los laboratorios de calibración”, añade Borrego.
De las siete unidades que conforman el Sistema Internacional, tres –el segundo (tiempo), la candela (intensidad lumínica), y el metro (longitud)– ya habían sufrido este cambio que ahora, además del kilo (masa), también acometen el amperio (corriente eléctrica), el mol (cantidad de substancia) y el Kelvin (temperatura termodinámica). “De esta manera, las definiciones son más homogéneas, las unidades están más relacionadas entre ellas, y son más fáciles de entender, ya que todas se expresan de la misma manera”, explica Prieto.
De hecho, “desde los inicios del sistema métrico a finales del siglo XVIII, y más concretamente desde 1875 –cuando se establecen los patrones internacionales – los científicos siempre han buscado un patrón invariable para definir cada una de las distintas magnitudes”, dice Robles.
Por ejemplo, los más viejos recordarán que el metro se definía como la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre. En 1799, se midió el arco que va desde Dunquerque (Francia) hasta Barcelona, y se adoptó ese metro patrón que se materializó sobre una barra de platino con un 10% de iridio. El Tratado del Metro se firmó en 1875 y en 1889 se instauró la barra como Prototipo Internacional del metro.
El problema fue que en 1799 se calculó mal el achatamiento de la Tierra en los polos. Así que, en 1960, la Conferencia General de Pesos y Medidas redefinió el metro en función de la longitud de onda de la luz emitida por el isótopo 86 del criptón, y desde 1983, el metro se define como la longitud del trayecto recorrido por la luz en el vacío durante 1/299.792.458 de segundo.
Y ahora la gran pregunta. ¿Qué van a suponer estos cambios en nuestro día a día? Pues va a tener “una afectación alta en los institutos de medición, pero nula para el resto de personas, excepto que profesores y estudiantes se van a encontrar con nuevas definiciones en los libros de texto”, asegura Robles.
En este sentido, Eugeni Vilalta explica que desde la sección de Metrología del IEC ya trabajan con los profesores. “Es más difícil de explicar, pero si se consigue se explica mucho mejor y se tiene la oportunidad de hablar de cuestiones científicas más importantes como la constante de Planck o la estructura atómica. Sólo se necesita que el profesor acompañe a los alumnos”, concluye Vilalta.
IMPACTO EN EL DÍA A DÍA Los institutos de medición y los libros de texto son los únicos afectados por el cambio