¿Por qué el kilogramo actualmente se define al fijar el valor numérico de la constante de Planck?

 En Kilogramo patron

El kilogramo patrón, la medida de masa que más se utiliza en el mundo, estaba basada en una medida materializadas y sujetada a variaciones, lo que impedía establecer medidas con la precisión necesaria. Para las personas en su vida cotidiana no representaba un problema, pero sí para aplicaciones más complejas y sofisticadas, por lo que desde hace años, se hicieron modificaciones para que se basara en una constante como lo es la constante de planck. ¿Pero qué quiere decir todo esto?

¿Qué cambio con la nueva definición del kilogramo (kilogramo patrón)?

Científicos, instituciones y laboratorios de metrología de todo el mundo se dieron la misión de redefinir el peso del kilogramo, y dejaron a un lado lo que llamaremos para fines prácticos de este material el llamado Gran K para abrir paso a una constante natural. Antes se utilizaba una pequeña masa hecha de iridio y platino que estaba confinada en parís desde 1875 y que desde 1889 fungió como un referente internacional; sin embargo, desde el año pasado entró en vigor una redefinición a partir de la constante de planck que, según los expertos, permite mejorar las mediciones de masa (reduce la incertidumbre, facilita la reproducibilidad y elimina los problemas que representa una unidad de medida materializada). Se trata de una constante que se posiciona como verdaderamente universal debido a que no está sujeta a las contingencias del antiguo estándar.

El cambio, puede tener repercusiones en diversas aplicaciones industriales y en ciencias que dependen de medición de masa «ultraprecisas». El antiguo kilogramo patrón, que estaba conformado en un 90% con una aleación de platino con buena resistencia a la corrosión y en un 10% de iridio, ha sido “revelado” pocas veces, sin embargo, era el sostén del sistema utilizado internacionalmente para determinar masa y permitir diversas actividades como el comercio internacional. Cabe aclarar que, actualmente, nos encontramos en un periodo de transición en el que los diferentes países están realizando un esfuerzo por contar con la infraestructura que permita realizar el experimento por medio del cual se determina el kilogramo patrón utilizando la nueva definición.

Las compañías desde hace años se han dedicado a programar sus balanzas con el fin de que sean calibradas con las réplicas del kilogramo patrón existentes en sus países. De hecho la mayoría continuaran haciéndolo, por ejemplo, negocios pequeños e informales, sin embargo, es importante considerar y actualizarse con la nueva definición basada en la constante de Planck, la cual es una de las constantes fundamentales en el mundo de la física, pero difícil de explicar a los no versados (relaciona la energía de un fotón y su frecuencia de onda). Este cambio tiene grandes repercusiones en lo práctico, sobre todo en los laboratorios primarios de metrología de los diferentes países.

De la constante artificial a la natural

Uno de los beneficios que ofrece la nueva constante natural es que evitará que las naciones envíen sus kilogramos a otro país para que sean calibrados con una “constante” materializada, sin embargo, actualmente son pocos los países que cuentan con la tecnología para realizar de manera práctica él experimento que permite determinar el kilogramo en función de la nueva definición. Ahora los científicos podrán determinar un kilogramo de manera más precisa sin recurrir al método comparativo, con el que se somete a pesas patrón u objetos por calibrar con un pedazo de metal, que pese a los intentos de mantener sus condiciones controladas y aisladas para evitar la intervención de las condiciones externas, presentará variaciones con el tiempo.

Este método recurría a una “constante” variable, artificial, contingente, lo que imposibilitaba satisfacer la necesidad de los expertos en metrología y científicos de disponer de una constante universal, inalterable, un referente estático en el que no tengan influencia los factores externos. Se pasó por fortuna de una abstracción determinada por un objeto físico, a una abstracción determinada por una constante fisica, lo que confería una mayor generalidad, precisión y seguridad en su proceder.

El sistema de unidades actual presenta exactitud superior gracias a las leyes de la ciencia y que posibilitan la interpretación de los fenómenos la naturaleza. Por ello se dice que recurre a una constante natural. Esta mejora no es un desprestigio a la labor realizada en 1875, sino un homenaje para aquellos que tuvieron la ingeniosa idea de definir y compartir una unidad de kilogramo para que todo el mundo pudiese aprovecharla y tomar ventaja de ella. La medición, en palabras más sencillas, se realiza actualmente con base en una corriente eléctrica.

El cambio tendrá repercusiones en el mundo de la computación, la industria farmacéutica y de fabricación, las investigaciones sobre el clima, entre otras ciencias que dependen de las mediciones exactas. ¿Pero por qué se decidió el cambio? Porque el kilogramo patrón en Francia, pese al control y aislamiento, estaba perdiendo peso con el pasar del tiempo. Según especialistas en metrología de aquel país, se estima que ha perdido el peso de un copo de nieve, lo cual puede parecer exagerado para las personas no versadas, pero es un cambio considerable para las empresas e instituciones que requieren mediciones precisas para sus productos, por ejemplo, las farmacéuticas.

La BIPM, cuya fundación data en 1875 es el principal promotor de la información relacionada con las siete unidades básicas que la humanidad ha usado durante décadas para medir los fenómenos del universo: el segundo para el tiempo, el metro para las longitudes, el kilogramo para la masa, el kelvin para la temperatura, el mol para la cantidad de sustancia, el amperio para la corriente eléctrica y la candela para la intensidad de luz.

De las siete unidades, el kilogramo patrón cuyo uso ayuda en la calibración era el último que aún recurría a una medida materializada y contingente: el Gran K. Un ejemplo de cambio de constante artificial a uno natural es el metro, que en el pasado se remitía a una barra de metal, pero actualmente se define como la distancia que la luz puede recorrer en el vacío en 1/299.792.458 s.

El objetivo del sistema de medición era ser un conjunto racional y universal de unidades para todas las personas y todos los tiempos, idea que se atribuye al matemático, filósofo y revolucionario francés Marqués de Condorcet. Fue el físico cuántico Max Planck quien pretendía con un ejercicio teórico simplificar el sistema de mediciones. Algún día sería necesario un sistema de mediciones basado en constantes naturales, tal vez para la comunicación extraterrestre, por extraño que parezca, ninguna civilización de otro mundo estaría de acuerdo con nosotros en el peso estandarizado del Gran K, sin embargo, es más probable compartir una medida que proviene de un fotón.

Ya sea que  conozcamos o no a otras civilizaciones, las leyes naturales que rigen el universo son necesarias y constantes. Desde las teorías del origen del universo hasta ahora, no hemos observado evidencias de que estas constantes varíen. En caso de que lleguen a variar presentan una mayor confiabilidad en comparación con una constante artificial. Puede decirse que actualmente, el sistema de medición es por fin un sistema verdaderamente universal y libre de las contingencias humanas.

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