En busca del kilogramo universal

Todos sabemos lo que es un segundo o un metro, o al menos tenemos una idea aproximada. Pero a los cient¨ªficos no les vale ese conocimiento de a bulto y han buscado la forma de definir esas medidas con precisi¨®n casi plena. En 1969 se determin¨® que un segundo es lo que duran 9.192.631.770 ciclos de un ¨¢tomo de cesio 133 a una temperatura de cero absoluto. Esto ha permitido construir relojes at¨®micos que tardan 300 millones de a?os en atrasar un segundo. Otro ejemplo es el metro: la longitud que recorre la luz en el vac¨ªo en un intervalo de 1/299 792 458 segundos.

En esta liga de precisi¨®n extrema, hay una unidad de medida que ha resistido sin cambios desde el siglo XIX. El kilogramo, por ahora, sigue haciendo referencia a un simple objeto que ha cumplido ya 127 a?os. Desde el siglo XIX, el kilo por antonomasia es un cilindro de metal del tama?o de un huevo protegido por tres campanas de cristal en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) en S¨¨vres, cerca de Par¨ªs (Francia). La c¨¢mara subterr¨¢nea que lo protege solo se puede abrir con tres llaves en poder de tres personas distintas.

Desde hace d¨¦cadas, los responsables de mantener la medida oficial de la masa han observado que el peso del patr¨®n mundial fluctuaba. Comparaciones con las copias del kilogramo repartidas por el mundo mostraron en 2003 que hab¨ªa perdido alrededor de 50 microgramos, el equivalente a un min¨²sculo grano de arena. En 2013, se observ¨® justo lo contrario. Una mota de polvo o la materia depositada en la yema de los dedos podr¨ªa mancillar, aunque fuese por una cantidad ¨ªnfima, el valor de ese peque?o objeto como referencia mundial. ¡°El problema con el kilogramo en Par¨ªs es que es tan precioso que la gente no quiere utilizarlo¡±, afirmaba esta semana Stephan Schlamminger, un f¨ªsico del Instituto Nacional de Est¨¢ndares y Tecnolog¨ªa (NIST) en Gaithersburg, Maryland (EEUU). Un equipo dirigido por Schlamminger acaba de anunciar un avance para retirar al anciano kilo parisino y sustituirlo por una constante de la naturaleza inmune a los cambios en su entorno.

La Oficina Internacional de Pesos y Medidas (OIPM) decidi¨® en 2011 que el kilogramo se redefinir¨ªa basado en un valor fijo de la constante de Planck. Este concepto fue introducido en 1900 por el f¨ªsico alem¨¢n Max Planck que trataba de averiguar si hab¨ªa una unidad m¨ªnima de energ¨ªa de un modo similar al que una mol¨¦cula de agua es la cantidad m¨ªnima de ese l¨ªquido. Esta idea, que implicaba que la energ¨ªa se pod¨ªa representar como paquetes aislados o cuantos, es el embri¨®n intelectual de la f¨ªsica cu¨¢ntica.

El kilo por antonomasia es un cilindro de metal del tama?o de un huevo protegido por tres campanas de cristal en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) en S¨¨vres, cerca de Par¨ªs?

Para los intereses de la OIPM, esa constante de la energ¨ªa interesa porque a trav¨¦s de la ecuaci¨®n de Einstein E=mc² se puede traducir en masa y servir como base para definir el kilogramo. El problema con el que se hab¨ªan encontrado los f¨ªsicos es que la medici¨®n de la constante de Planck con la precisi¨®n necesaria es dif¨ªcil. Varios equipos de todo el mundo han tratado de realizar la medici¨®n con el menor nivel de incertidumbre posible. La ¨²ltima de estas mediciones es la que ha realizado el NIST con una balanza de Watt, una m¨¢quina que precisi¨®n que mide la energ¨ªa electromagn¨¦tica necesaria para soportar un peso. Su resultado (6,62606983x10-34 kg?m2/s), publicado esta semana en la revista Review of Scientific Instruments, tiene una incertidumbre de 34 partes por cada mil millones.

El equipo americano pretende mejorar sus resultados para acercarse a los obtenidos por otro grupo del Consejo Nacional de Investigaci¨®n de Canad¨¢, el m¨¢s avanzado del mundo hasta el momento con una incertidumbre de 19 partes por cada mil millones. Este tipo de esfuerzos se suman a otros que tratan de medir la constante de Planck contando los ¨¢tomos de una esfera de silicio y que han logrado grados de incertidumbre parecidos. Los cient¨ªficos que participan en esta empresa tienen hasta julio de 2017 para publicar sus medidas. Al final, los resultados se reunir¨¢n y se introducir¨¢n en un ordenador que calcular¨¢ una medida de la constante de Planck que se ajuste a la informaci¨®n recogida por todos los equipos. Con esos datos, en 2018, un kilogramo imperturbable y objetivo sustituir¨¢ al trozo de metal que ha resistido como referencia para la masa en todo el planeta durante m¨¢s de siglo y cuarto.