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 científicos no les vale ese conocimiento de a bulto y han buscado la forma de definir esas medidas con precisión casi plena. En 1969 se determinó que un segundo es lo que duran 9.192.631.770 ciclos de un átomo de cesio 133 a una temperatura de cero absoluto. Esto ha permitido construir relojes atómicos que tardan 300 millones de años en atrasar un segundo. Otro ejemplo es el metro: la longitud que recorre la luz en el vacío en un intervalo de 1/299 792 458 segundos.

En esta liga de precisión 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 años. Desde el siglo XIX, el kilo por antonomasia es un cilindro de metal del tamaño de un huevo protegido por tres campanas de cristal en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) en Sèvres, cerca de París (Francia). La cámara subterránea que lo protege solo se puede abrir con tres llaves en poder de tres personas distintas.

Desde hace décadas, los responsables de mantener la medida oficial de la masa han observado que el peso del patrón mundial fluctuaba. Comparaciones con las copias del kilogramo repartidas por el mundo mostraron en 2003 que había perdido alrededor de 50 microgramos, el equivalente a un minúsculo grano de arena. En 2013, se observó justo lo contrario. Una mota de polvo o la materia depositada en la yema de los dedos podría mancillar, aunque fuese por una cantidad ínfima, el valor de ese pequeño objeto como referencia mundial. “El problema con el kilogramo en París es que es tan precioso que la gente no quiere utilizarlo”, afirmaba esta semana Stephan Schlamminger, un físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (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) decidió en 2011 que el kilogramo se redefiniría basado en un valor fijo de la constante de Planck. Este concepto fue introducido en 1900 por el físico alemán Max Planck que trataba de averiguar si había una unidad mínima de energía de un modo similar al que una molécula de agua es la cantidad mínima de ese líquido. Esta idea, que implicaba que la energía se podía representar como paquetes aislados o cuantos, es el embrión intelectual de la física cuántica.

El kilo por antonomasia es un cilindro de metal del tamaño de un huevo protegido por tres campanas de cristal en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) en Sèvres, cerca de París 

Para los intereses de la OIPM, esa constante de la energía interesa porque a través de la ecuación de Einstein E=mc² se puede traducir en masa y servir como base para definir el kilogramo. El problema con el que se habían encontrado los físicos es que la medición de la constante de Planck con la precisión necesaria es difícil. Varios equipos de todo el mundo han tratado de realizar la medición con el menor nivel de incertidumbre posible. La última de estas mediciones es la que ha realizado el NIST con una balanza de Watt, una máquina que precisión que mide la energía electromagnética 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 Investigación de Canadá, el más 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 átomos de una esfera de silicio y que han logrado grados de incertidumbre parecidos. Los científicos que participan en esta empresa tienen hasta julio de 2017 para publicar sus medidas. Al final, los resultados se reunirán y se introducirán en un ordenador que calculará una medida de la constante de Planck que se ajuste a la información recogida por todos los equipos. Con esos datos, en 2018, un kilogramo imperturbable y objetivo sustituirá al trozo de metal que ha resistido como referencia para la masa en todo el planeta durante más de siglo y cuarto.