Réplica del kilogramo original que está custodiada en el NIST estadounidense (NIST)
La historia, la ciencia y la diplomacia tienen una próxima cita en Versalles para redefinir el kilo y otras medidas, que en la actualidad no son tan invariables como pudiéramos pensar
Está protegida por tres campanas de cristal en una cámara acorazada subterránea a las afueras de París y se guarda bajo tres llaves cuya custodia corresponde a tres personas diferentes: es la pesa que sirve de patrón universal para definir qué es un kilogramo. Esta historia suena tan decimonónica porque lo es. Desde el siglo XIX ese cilindro sirve de referencia para medir el peso, pero dentro de unos días esto va a cambiar.
La Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM) que se celebra en Versalles entre el 13 y el 16 de noviembre será un evento científico y diplomático que hará historia: en el siglo XXI ya no valen los objetos físicos para obtener medidas precisas.
Hay que revisar un poco la historia para entenderlo. El 20 de mayo de 1875 los representantes de 18 estados firmaron en París la Convención del Metro, un tratado que estableció las unidades de longitud y peso, el sistema métrico decimal que más tarde fue ampliado para recoger todas las medidas físicas que hoy se agrupan en el Sistema Internacional de Unidades (SI).
El representante español, Carlos Ibáñez de Ibero, fue el primer presidente del Comité Internacional de Pesos y Medidas, que desde entonces se encarga de asegurar la uniformidad de las unidades de medida, presentando propuestas que puedan mejorar el sistema.
Sin embargo, el órgano que toma las decisiones es la Conferencia General, que se reúne ahora por vigesimosexta vez. Su primera sesión, en 1889, sirvió para elegir los prototipos internacionales del metro (una barra compuesta de una aleación de platino e iridio) y del kilogramo (un cilindro del mismo material). Unas cuantas copias se repartieron entre los estados miembros para que sirvieran como patrones nacionales y otras se quedaron en París.
La Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM, por sus siglas en francés), ubicada en Sèvres, a las afueras de la capital francesa, sigue conservando estos tesoros. En realidad, el patrón del metro sólo mantuvo su función original hasta 1960 y ya se ha redefinido un par de veces: hoy en día se establece lo que es un metro en función de la velocidad de la luz. Sin embargo, el patrón del kilogramo seguirá vigente hasta el 20 de mayo del año que viene –es el Día Internacional de la Metrología para conmemorar la Convención de 1875–, cuando entre en vigor el acuerdo que será aprobado ahora.
"Un hito histórico"
"Este es el año clave después de dos conferencias frustradas en las que se intentó realizar la revisión, habrá un antes y un después, es un hito histórico", declara a Teknautas José Ángel Robles Carbonell, director científico del Centro Español del Metrología (CEM) y único representante español en la conferencia junto con su compañero Emilio Prieto.
El CEM, organismo autónomo del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo, es la entidad técnica que se encarga de la metrología en España. Esto significa que tiene una responsabilidad legal en relación a los instrumentos de medida, algo que afecta a los ciudadanos en cuestiones como los radares de tráfico. Además, mantiene los patrones nacionales de medida, realiza trabajos de investigación y ofrece servicios de calibración industrial en los más de 10.000 metros cuadrados que ocupan sus 82 laboratorios repartidos en seis edificios ubicados en Tres Cantos (Madrid).
Es el año clave después de dos conferencias frustradas en las que se intentó realizar la revisión, habrá un antes y un después, es un hito histórico
"En el siglo XIX pensaban que algunas propiedades del planeta eran invariables", por eso era válido el metro, la diezmillonésima parte de la distancia del meridiano de París desde el Polo Norte al Ecuador, que se calculó matemáticamente realizando mediciones en esa línea imaginaria entre Dunkerque y Barcelona. Así quedó plasmado en la barra de platino e iridio de la BIPM. Sin embargo, "hoy en día sabemos que los artefactos físicos ya no valen", señala Robles.
La pesa que pierde peso
El mejor ejemplo es el propio cilindro que sirve de prototipo internacional del kilogramo, también conocido por las siglas IPK. Tras sobrevivir a la II Guerra Mundial –Sèvres goza de un estatus diplomático especial que respetaron incluso los nazis– fue calibrado en 1946 y nuevamente en otra fecha significativa, 1989. La sorpresa fue que había adelgazado 50 microgramos (0,00005 gramos).
"Es insignificante incluso para nosotros. Nadie, ni siquiera los laboratorios metrológicos de más alto nivel se ha visto afectado de ninguna manera por esos 50 microgramos en más de un siglo", comenta la física Estefanía de Mirandés, única española del BIPM que participa de forma directa en la redefinición. “La importancia está en el hecho de que no tenemos ningún control sobre la variación potencial de la masa del prototipo en el futuro y eso no es satisfactorio”, añade.
En 1989 el paradigma de kilo resultó haber adelgazado 50 microgramos desde la última medición
La variación es lo que pesa un copo de nieve y las razones que la explican no se conocen con certeza. “Puede deberse a una acumulación de hidrocarburos de algunas copias o podría ser debido a una pérdida de masa del prototipo debido al roce con el soporte. Pero eso son sólo especulaciones”, reconoce la física. Lo cierto es que cualquier material está expuesto a absorber o perder moléculas y eso es lo que puede haber ocurrido en el caso de la pesa de referencia o de sus copias. Para la precisión que necesita la ciencia tanta variación era un motivo muy serio de preocupación.
"Es impensable que no se pueda mejorar esa incertidumbre", opina Robles, "necesitamos una referencia que sea estable a lo largo del tiempo, que no dependa de objetos y que sea reproducible a través de experimentos".
Así que los físicos buscan constantes universales que permitan realizar mediciones en cualquier momento y desde cualquier lugar con la máxima fiabilidad. Por ejemplo, una de esas constantes es la velocidad de la luz y por eso se ha utilizado para redefinir el metro. Como dice el director científico del CEM, se trata de “separar la definición de una unidad de su materialización práctica”.
A cambiar 4 de las 7 unidades de medida
El SI está compuesto por siete unidades básicas. Además del kilogramo y el metro, están el segundo (mide el tiempo), el amperio (la intensidad de la corriente eléctrica), el kelvin (la temperatura), el mol (la cantidad de sustancia) y la candela (la intensidad luminosa).
El segundo, la candela y el metro ya cuentan con definiciones satisfactorias –al menos por ahora, ya que por ejemplo en el caso del tiempo en algún momento próximo los relojes ópticos desbancarán a los atómicos–, así que los científicos han estado trabajando desde hace unos años en los otros cuatro.
El resultado es que para el amperio se tendrá en cuenta la carga elemental del electrón; para el kelvin, la constante de Boltzmann; para el mol, la constante de Avogadro; y, finalmente, nuestra querida pesa encerrada en el sótano de Sèvres será sustituida por la constante de Planck.
“Pasando a una definición basada en constantes fundamentales, el control sobre la estabilidad de la definición es total. Por supuesto, luego será necesario que los experimentos que aplican esa definición sean también estables, y eso es otra cuestión”, señala la física de la oficina parisina.
La contribución española ha sido fundamental en los experimentos relacionados con la medición de la temperatura a través del kelvin utilizando la constante de Boltzmann, en la que ha trabajado tanto el CEM como la Universidad de Valladolid.
España ha participado activamente en la revisión del kelvin, que mide la temperatura, pero no del kilogramo
En la nueva definición del kilogramo España no ha participado directamente porque para obtener la constante de Planck los investigadores utilizan la balanza de Watt, un instrumento que compara la potencia mecánica con la potencia electromagnética mediante experimentos separados y que tiene un coste de mantenimiento de un millón de euros al año.
La búsqueda de todas las nuevas referencias ha estado guiada por la idea de que la variación con respecto al patrón actual sea la mínima posible, incluyendo el nuevo kilogramo, así que nada cambiará a efectos prácticos: “Un kilo seguirá siendo un kilo para todo”. Adiós al sueño de perder peso sin hacer nada.
De hecho, los únicos afectados de forma directa serán los científicos que trabajan en este tema. Ni siquiera la industria de máxima precisión tendrá que realizar ningún ajuste, ya que hoy en día trabaja como mucho en el orden de los 100 microgramos. Es decir, que el 20 de mayo de 2019 no pasará absolutamente nada. “Para los metrólogos que trabajan al más alto nivel será necesario realizar algunos ajustes numéricos en sus instrumentos, pero se hará una sola vez, en el momento de la adopción, y luego ya no habrá que hacer nada más”, aclara Estefanía de Mirandés.
Importante para la nanotecnología
Sin embargo, redefinir las unidades de medida mediante constantes ya resultaba urgente de cara a los próximos desafíos que plantean la nanociencia y la nanotecnología ante la revolución cuántica, especialmente en materias como las señales eléctricas. Las partículas más diminutas comienzan a ser importantes. De hecho, hay campos en desarrollo que estaban relativamente “parados” a la espera de las nuevas unidades de medida, según Robles, que es ingeniero industrial.
Con el desarrollo de la tecnología y la extrema exactitud de las mediciones en todos los ámbitos vamos a ver resultados sorprendentes en las próximas décadas, como la extrema precisión de los sistemas de GPS. Además, la inevitable automatización de muchos procesos lo hará deseable: “Imaginemos que las multan las ponen coches automáticos y que unos centímetros determinan si has aparcado bien o estás en una zona prohibida”.
No obstante, a corto plazo nuestro día a día no se verá afectado, salvo por algún pequeño efecto colateral. “Habrá que cambiar las definiciones de los libros de texto y los profesores tendrán que explicarlas hablando de las constantes universales”, señala el experto. Vamos, que le van a complicar un poco más la vida. En ese sentido, Robles reconoce estar preocupado por la escasa divulgación que se ha hecho en España sobre este tema en comparación con otros países.
Solo hay tres países en el mundo que pasan olímpicamente del sistema métrico: Birmania, Liberia y Estados Unidos
A pesar de todo, “la reforma no tiene valor legal”, aclara Estefanía de Mirandés, por lo tanto, “no tiene carácter obligatorio para ningún país y cada uno decide soberanamente si la quiere adoptar”. No obstante, la mayoría de las legislaciones nacionales de los estados miembros y asociados de la Conferencia General ya recogen una mención para incorporar las resoluciones de este organismo.
Los tres países que pasan del tema
Así que es previsible que el cambio sea universal, salvo para los tres países del mundo que pasan por completo del Sistema Internacional de Unidades: Birmania, Liberia y Estados Unidos. Ellos se lo pierden, ya que el SI ha sido “uno de los logros del siglo XX, aunque no le damos el valor que tiene”, opina Robles.
En realidad, esos pequeños desacuerdos pueden resultar catastróficos. En septiembre de 1999 la sonda Mars Climate Orbiter se estrelló contra Marte. 125 millones de dólares de la época tirados a la basura en el error más tonto de la historia de la NASA. ¿Qué había pasado? El control de la Tierra usaba el sistema métrico decimal y la nave el sistema anglosajón.
AUTOR
JOSÉ PICHEL
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