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María Paz Sartori (Uruguay)
Científicos de todo el mundo realizan pruebas para la puesta en práctica de la nueva definición del kilogramo que comenzará a usarse en 2019.
El agua está en calma en la playa de Bella Vista (Uruguay), en la que no hay arena sino cientos de miles de cantos rodados de diferentes tonos amarronados.
De manera casi imperceptible a lo largo de los años el oleaje ha desgastado todas las piedras, una por una. Es casi el último tramo de playa de uno de los ríos más anchos del mundo, el Río de la Plata, que divide a este país de Argentina y solo unos kilómetros después desemboca en el Océano Atlántico.
A un grupo de científicos, los que desarrollan la ciencia de las Mediciones (Metrología), no les resulta extraño cómo los extremos puntiagudos de estas piedras se transformaron en superficies redondeadas. Saben bien que los objetos se desgastan con el uso y el paso del tiempo. Este tema los tiene metidos en un dilema que deberán resolver este año.
El kilogramo es la masa de un pequeño cilindro plateado hecho de una aleación de dos metales (90 % platino y 10 % iridio) que fue fabricado en Francia y desde 1879 es referencia para todo el mundo. Se lo llamó Prototipo Internacional del Kilogramo – IPK (por sus siglas en inglés) y se guardó en las instalaciones del Buró International de Pesas y Medidas – BIPM (por sus siglas en francés), donde aún se mantiene. Para asegurar que nada lo afecte, se conserva en una bóveda vidriada, adentro de una cámara de vacío. En aquel momento también se hicieron seis copias oficiales y a partir de ellas otras copias que se distribuyeron por el mundo (los patrones nacionales, que son la referencia para cada uno de los países).
Cada 40 años se saca el IPK de su búnker de seguridad y se compara con sus copias oficiales para determinar si han perdido o ganado masa por su uso.
A su vez, los patrones nacionales de tanto en tanto viajan a Francia, al BIPM, donde son calibrados (comparados) con las copias oficiales y al regresar se utilizan para calibrar otras pesas que se usan en cada país (los patrones de trabajo).
De este modo, a través de esta cadena de comparaciones (cadena de trazabilidad) se puede asegurar que la referencia de un kilogramo es la misma en cualquier lugar del mundo.
La necesidad de calibrar las pesas es inevitable. Al igual que las piedras de la playa de Bella Vista, tras el paso de los años y a pesar de los cuidados que se quiera tener, las pesas pierden o ganan masa. Solo el hecho de manipularlas para colocarlas en una balanza y luego guardarlas, puede generar una variación de masa, aunque sea mínima. Por eso se las debe calibrar, para saber cuál es su masa en realidad.
El mecanismo parece claro y sencillo, todas las copias se comparan en definitiva con el original IPK que se mantiene en Francia. Pero ¿y si el IPK, que es la referencia, sufre también variaciones por el paso del tiempo? De hecho, eso fue lo que desató un problema internacional que este año estaría a punto de resolverse.
“Pensábamos que el kilogramo no cambiaba, pero en realidad sí lo hacía por las reacciones con el ambiente, con el aire, como una piedra que se desgasta por el pasaje del agua por ella”, dijo a ¡De Acuerdo! Sheila Preste, responsable del Área de Masa del Laboratorio Tecnológico del Uruguay (LATU), que es el Instituto Nacional de Metrología en dicho país.
“Se vio que en un trayecto de 100 años la variación pudo haber sido de hasta 50 microgramos. Esto no afecta en las actividades diarias, pero sí afecta en las científicas», aseguró Preste.
Por ejemplo, la industria farmacéutica necesita mediciones de gran precisión para poder elaborar los medicamentos; las cantidades de cada componente químico no pueden sufrir variaciones importantes. Necesitan poder calibrar sus balanzas de manera rigurosa. También ocurre en el control de residuos de metales y plaguicidas en alimentos, donde hay cantidades muy pequeñas que necesitan mediciones con exactitud.
Cada vez la ciencia avanza más y controla más. “Son cifras, controles y cantidades cada vez más finos”, comentó a ¡De acuerdo! el gerente de Análisis, Ensayo y Metrología del LATU, Daniel Volpe.
Para solucionar el problema, la comunidad internacional de metrólogos se embarcó en una nueva línea de trabajo: ¡redefinir el kilogramo!
Nuevo kilogramo.
Uruguay tiene cuatro kilogramos de referencia que se envían a Francia para ser calibrados con respecto a copias del IPK. Todos los países deben enviar los suyos, incluso los más desarrollados. Hasta ahora, claro.
En noviembre de 2018 la CGPM – Conferencia General de Pesas y Medidas, aprobó un cambio en la definición del kilogramo que se pondrá en práctica en mayo de 2019. Ahora será un kilogramo teórico, no dependerá más de un objeto. “No habrá más un solo kilogramo y este es el gran cambio que se avecina”, destacó Preste.
“Estamos a punto de redefinir el Sistema Internacional de Unidades en función de constantes fundamentales, como la de Planck. Las constantes serán los jefes y las usaremos para medir”, comentó Jon Pratt, representante del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EEUU (NIST, por sus siglas en inglés), durante un taller que se realizó en el LATU en marzo de 20181.
La constante de Planck es un número constante en la naturaleza definido como h = 6,626 070 15 × 10−34 J × s.
Lo importante es que, a partir de lograr un consenso en el valor de la constante de Planck, no habrá más un único kilogramo de referencia guardado bajo llave, alarmas y estrictas condiciones de seguridad en Francia.
A partir del 2019 los países podrán tener su propia trazabilidad si pueden reproducir en sus laboratorios los experimentos para determinar el valor de un kilogramo a partir de la constante de Planck. El nuevo kilogramo se podrá reproducir en muchos países.
La trazabilidad es una cadena ininterrumpida de calibraciones, desde un patrón de medición de referencia hasta un patrón de trabajo, con incertidumbres determinadas.
Esferas en Latinoamérica
Hay en marcha experimentos para poner en práctica la nueva definición del kilogramo.
Una de las propuestas es dejar de lado el uso de las pesas cilíndricas y pasar a utilizar una esfera de silicio puro. Otra propuesta es utilizar la balanza de Watt o balanza Kibble. La de silicio es una bola un poco más grande que una de tenis, de 9,4 cm de diámetro, hecha de este material de alta pureza que a la vista luce como si fuera metal. Es plateada, brillante, perfectamente pulida, y representa una esfera casi perfecta.
El silicio forma cristales bien homogéneos. Es por todas estas características, qué a través de la determinación del volumen de la esfera, se puede estimar con una alta exactitud cuántos átomos de silicio contiene. Una vez determinada la masa de un átomo de silicio y determinada la cantidad de átomos que contiene, se puede realizar con esa esfera el kilogramo.
El Instituto de Metrología de Alemania (el PTB, por sus siglas en alemán) está enviando esferas de silicio a varios países de la región. Colombia y México fueron los primeros en recibirlas, y desde diciembre de 2017 el LATU tiene la suya, guardada en uno de los laboratorios bajo llave.
Para realizar mediciones con la esfera, se sigue un estricto procedimiento de limpieza: se lava con un jabón especial, se enjuaga con etanol, se seca con un paño de microfibra, se observa atentamente con una lupa y se registra cualquier alteración. La idea es que esta información sirva para mejorar los procedimientos de trabajo.
“¡Nada se vuelve práctico sin práctica! Es igual que practicar a tocar la guitarra, es lo mismo en ciencia con las mediciones”, aseguró Pratt.
1 Taller sobre “La realización de la unidad de masa en el nuevo Sistema Internacional de Unidades», realizado el 21 de marzo de 2018 en Montevideo, Uruguay.
