Aprobada la nueva definición universal del kilogramo

Un kilo de naranjas, de azúcar o de polvorones, pesa, por definición, lo mismo que el cilindro de platino-iridio guardado bajo varias campanas protectoras y encerrado con tres llaves en el sótano del Pabellón de Breteuil a las afueras de París. Este Prototipo de Kilogramo Internacional (IPK), empleado para calibrar los patrones oficiales de la unidad de masa, anuncia este viernes su jubilación tras 129 años de servicio. En la última sesión de la vigésimosexta Conferencia General de Pesos y Medidas celebrada este viernes en Versalles, los 60 Estados miembros han votado de forma unánime a favor de redefinir el kilogramo: a partir del año que viene, la unidad de masa no será un objeto físico, sino un valor derivado de una constante de la naturaleza. Este cambio no tendrá ninguna implicación en la cesta de la compra ni se notará en el día a día, pero puede ser muy importante en ámbitos científicos como el desarrollo de medicinas.

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La batalla científica para que un kilo siempre sea un kilo

“Se está haciendo historia de la ciencia. Esto se contará en los libros de texto”, ha dicho José Manuel Bernabé, director del Centro Español de Metrología y delegado de España en la conferencia. Los metrólogos reunidos, expertos en el campo de la medición de magnitudes, llevan años preparando el cambio al Sistema Internacional de Unidades, que incluirá redefiniciones del mol, del kelvin y del amperio para que estas unidades también se basen en constantes universales.

El kilogramo recibe especial atención por ser la última unidad fundamental cuya definición todavía depende de la magnitud de un objeto físico. Y eso es un problema, señalan los científicos, porque el objeto no es inmutable. En el último siglo, la masa del IPK ha fluctuado. Sigue siendo un kilo, ya que por convenio no puede haber incertidumbre en su valor, pero con respecto a la masa de otros patrones del kilo, ha variado por valores de al menos 50 microgramos (millonésimas del gramo). Esto es porque el cilindro se puede ensuciar con partículas del aire y pierde pequeñas cantidades de material cuando se limpia.

“Sentimos, sobre todo, alivio de que la decisión esté tomada”, dice Stuart Davidson, jefe de metrología de masa en el laboratorio físico nacional (NPL) de Reino Unido, uno de los centros más involucrados en la redefinición del kilogramo

Los microgramos no afectan a la compra de fruta o de polvorones, pero sí se deben tener en cuenta durante la síntesis de nuevos fármacos, por ejemplo. En la investigación física, tales fluctuaciones son “intolerables”. Según explica Bernabé, con esta decisión “se están poniendo los cimientos para la nueva ciencia, una con menos incertidumbre para el desarrollo de la tecnología”.

“Sentimos, sobre todo, alivio de que la decisión esté tomada”, dice Stuart Davidson, jefe de metrología de masa en el laboratorio físico nacional (NPL) de Reino Unido, uno de los centros más involucrados en la redefinición del kilogramo. “Hay gente que lleva trabajando en esto toda su vida profesional. Ahora podemos centrarnos en mejorar la tecnología y la precisión de nuestras mediciones”, añade.

Otro incentivo para retirar el IPK ha sido el peligro de que el cilindro resulte dañado o se deforme. El metro, que solía ser la longitud de una barra de platino, ya se redefinió en 1983 precisamente para evitar estos problemas. Al fijar la velocidad de la luz —constante en el vacío— con un valor numérico universal, los metrólogos acordaron llamar al metro “la distancia que viaja la luz en 1/299.792.458 segundos”. Cualquier laboratorio capaz de medir el paso del tiempo con precisión puede calibrar su propia barra de metro.

Revolución en la medición

El valor del kilogramo se derivará de la constante de Planck gracias a una balanza de potencia

Con el kilogramo ocurrirá lo mismo, cuando los cambios aprobados entren en efecto el 20 de mayo de 2019, el aniversario del Tratado del Metro de 1875. "El 20 de mayo de 2019 se vivirá la mayor revolución en la medición desde la Revolución Francesa", aseguró el premio Nobel Bill Phillips desde el escenario. En lugar de la velocidad de la luz, la cifra inmóvil elegida para definir la unidad de masa es la constante de Planck, un valor que describe los paquetes de energía emitidos en forma de radiación. La aprobación de esta definición del kilogramo ha tardado años en llegar porque hasta hace poco no existían los medios tecnológicos para llevarla a la práctica. Ahora, gracias a un aparato llamado la balanza de Watt (a veces balanza de Kibble o balanza de potencia), se pueden calibrar patrones del kilo conocido el valor de la constante de Planck.

La balanza de Watt recuerda a una balanza de platillos, pero el objeto a pesar no se equilibra con otra masa, sino con una potencia electromagnética. La potencia se calcula a partir del valor de la corriente eléctrica aplicada para generarla y del valor de la constante de Planck, ambos conocidos. Cuando alcanza un equilibrio con el platillo del peso, permite calibrar patrones de masa con el menor margen de error logrado hasta la fecha (para un kilogramo, el error es de unos 20 microgramos).

La elegancia del cambio al Sistema Internacional es que, en un futuro, se podría desarrollar tecnología más avanzada que permita derivar el valor de un kilogramo —a partir de la constante de Planck— con precisión aún mayor que la lograda por la balanza, sin que sea necesario cambiar la definición. Algunos científicos proponían definir el kilo utilizando la constante de Avogadro, que relaciona la cantidad de átomos o moléculas con la masa de una muestra, en lugar de la de Planck. El consenso ha sido llegar a un nivel empírico de exactitud que permita usar cifras fijas de ambas constantes para obtener el mismo valor numérico del kilo.

La constante de Avogadro, de cuyo valor también depende la nueva definición del mol, se ha fijado midiendo la cantidad de átomos en una esfera perfecta de silicio. Se espera que en los próximos años se aproximen más todos los valores experimentales del kilo, según disminuye el margen de error de los distintos aparatos de medición. “Los experimentos han mejorado mucho en los últimos años. Nunca van a concordar exactamente, pero ahora es un momento tan bueno como cualquier otro para llevar a cabo el cambio”, dice Davidson.

¿Qué será del cilindro de platino-iridio guardado en el sótano de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas? “Seguirá existiendo”, afirma Bernabé: “Pero será un patrón más, con una incertidumbre que se puede calcular”.

Además del kilo, los 60 miembros con derecho a voto también aprobaron la redefinición de otras tres unidades basándose en constantes universales invariables. De este modo, el amperio (que mide la corriente eléctrica) se calculará en función de la carga elemental; el kelvin (temperatura) se medirá fijándose en la constante de Boltzmann; y el mol (cantidad de sustancia) se fija en función de la constante de Avogadro.