En julio del 2017 anunciamos la revisión del Kilogramo Patrón en las 26 Conferencia General de Pesos y Medidas (El Kilogramo Patrón ha Muerto, Viva el Kilogramo Patrón). Pues bien, la semana pasada, entre el 13 y el 16 de noviembre de este año 2018 se dio el gran acontecimiento y el Bureau International des Poids et Mesures finalmente redefinió El Kilogramo (así con mayúscula a propósito) en términos de la constante de Planck. A partir del 20 de mayo del 2019 la trazabilidad será obligatoria al método de la Balanza de Kibble, dando fin a los servicios de Le Grand K, el cilindro 90% platino – 10% iridio que desde 1889 ha sido el estándar universal del kilogramo.
El problema con Le Grand K, manufacturado en 1879, es que en estos más de cien años ha generado diferencias con sus 40 estándares hermanos (hechos en 1884 y calibrados con respecto a LGK). De estos 40 “kilogramitos” estándar, 34 fueron distribuidos por todo el mundo y 6 permanecen en el Bureau de Medidas en Francia. En el gráfico siguiente se pueden ver las diferencias (siempre con LGK como base).
Tomado de: https://www.bipm.org/en/bipm/mass/ipk/
Estas diferencias de 50 microgramos en promedio pueden parecer insignificantes, pero en industrias relacionadas con electrónica y física, o en el diseño de nuevas medicinas donde agregar una molécula a una dosis cambia todo ya no se puede trabajar al nivel actual de exactitud.
La Constante de Planck y el nuevo método de la Balanza de Kibble. La masa, inclusive a la escala de objetos de uso diario y no sólo a nivel cuántico, está relacionada con h, la constante de Planck, que el científico alemán uso para describir la pequeñísima cantidad de energía en fotones individuales emitidos por átomos en objetos calientes. El valor de h es:
h = 6.626 070 15 x 10 -34 joule-segundo
o
h = 6.626 070 15 x 10-34 Kg m2/s
¿Van viendo cómo apareció el Kg en la constante?
En el siglo XX se empezaron a hacer experimentos que relacionan h con masa con altísima precisión. Aquí entra la balanza de Kibble (antes balanza de Watt), llamada así en honor a su inventor el físico inglés Bryan Kibble.
Es un instrumento de medición que mide el peso de una muestra mediante la fuerza de una corriente eléctrica y un voltaje. Como instrumento metrológico utiliza dos constantes universales fundamentales que a su vez se utilizan para definir la corriente eléctrica y el voltaje, la velocidad de la luz y la constante de Planck. De esta manera el kilogramo como unidad de masa queda definido en términos de constantes universales (adiós Le Grand K).
Un cable conductor de longitud L que transporta corriente eléctrica I perpendicular a un campo magnético B experimentará una fuerza de Lorentz igual a BLI. En la balanza de Kibble, la corriente varía para que esta fuerza contrarreste exactamente el peso w de una masa estándar m.
Tomado de: https://www.nist.gov/si-redefinition/kilogram-kibble-balance
El margen de error del nuevo método es 1×10-8, muy por debajo de los 50 microgramos de diferencia entre LGK y sus estándares hermanos.
Tomado de: https://www.nist.gov/si-redefinition/kilogram-kibble-balance
Por ahora una balanza de Kibble cuesta varios millones de dólares, así que no esperemos que nuestras oficinas de metrología locales manden a comprar la suya en estos días.
La 26 edición de la Conferencia General de Pesos y Medidas se aprovechó para revisar, y en algunos casos redefinir, las siete unidades básicas. Aquí puede encontrar los cambios y la próxima semana trataremos el tema en detalle en el siguiente blog.
Si en un futuro anda en Francia y le sobra tiempo tome el bus 171 y bájese en la segunda parada en el Parque de Saint-Cloud, en Sèvres al suroeste de París. Con suerte verá a Le Grand K, que ya habrá salido de su cuarto ultra limpio, aunque probablemente todavía estará dentro de sus tres contenedores de vidrio cuyas llaves las mantienen tres personas diferentes. No estará de más una reverencia al último gran estándar material de calibración del planeta Tierra.
