Definición y redifinición del kilogramo

 

Por definición, tenemos que el kilogramo es: “la unidad de masa igual al prototipo internacional del kilogramo”. Por consiguiente La masa es la única unidad de base que aún está definida en términos de un objeto físico, el prototipo internacional que se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM, por sus siglas en francés) en Paris Francia, construido con una aleación de Iridio y platino. Tomando en consideración que se ha detectado una deriva en la masa de las copias del prototipo internacional a lo largo de los años, se presume que el prototipo, que está fabricado del mismo material y con las mismas técnicas que sus copias, debe estar experimentando también una variación, aunque no es posible cuantificar en qué medida, debido a que no existe una referencia estable contra la cual pueda ser comparado. A mi parecer es lógico pensar que existe una deriva a lo largo del tiempo y en consecuencia una variación de su valor de referencia. La pregunta es que tanto?.

Por lo anterior, la Resolución N° 7, de la 21ª CGPM, en 1999, recomendó a los Institutos Nacionales de Metrología (INM) continuar sus esfuerzos para refinar los experimentos que ligan la masa del kilogramo a constantes fundamentales.     

Una de las alternativas para llevar a cabo este experimento y que pareciera puede ayudar, es utilizando la balanza de Watt o de Kibble llamada así en honor a su inventor el científico ingles Brian Kibble.

En resumen la balanza de Kibble es un sistema que permite la realización de fenómenos electromagnéticos que tienen la finalidad de relacionar la masa de un cuerpo con la energía eléctrica que se requiere para sostener un cuerpo, en presencia de la aceleración local de la gravedad.

Las variables que intervienen en este experimento son conocidos o pueden medirse con una incertidumbre muy baja, solamente se expresa explícitamente la dependencia con la constante de Planck, que es un término con mayor incertidumbre.

La constante de Planck es uno de los parámetros fundamentales de la mecánica cuántica y fue propuesto inicialmente por el científico alemán Max Planck, como el factor de proporcionalidad entre la energía eléctrica de una onda electromagnética y su frecuencia.

Simultáneamente y por separado se desarrollan experimentos, como la densidad de cristales por rayos X, esta técnica conocida por sus siglas en ingles como XRCD, ofrece una ruta alternativa para estimar la masa de un cuerpo con gran exactitud.        

Una de las principales limitaciones para llevar a cabo la redefinición del kilogramo es la discrepancia que existe entre los valores de la constante de Planck que se obtienen, por una parte, a partir del experimento de la balanza de Kibble, y por otra de la medición utilizando XRDC. El Comité Consultivo para la Masa y Magnitudes Relacionadas ha propuesto los criterios para proceder a la redefinición del kilogramo de la siguiente manera: se deben reportar por lo menos tres experimentos independientes, por lo menos uno empleando la balanza de kibble y uno con XRDC, que midan la constante de Planck con una incertidumbre menor o igual a cinco partes en 108, por lo menos uno de ellos con una incertidumbre menor o igual a dos partes en 108, siendo todas ellas consistentes con un nivel de confianza de 95 %.  

Si, tal como se espera, estos experimentos son exitosos, la 26ª CGPM, a realizarse en octubre de 2018, será el foro en el que se declarará la redefinición del Sistema Internacional. Los antecedentes, discusiones y detalles técnicos de esta propuesta pueden encontrarse en el portal del BIPM.

En resumen la definición del kilogramo sigue siendo referida a un objeto físico hasta que se encuentre una forma de llevarla a sistemas considerados más estables a través del tiempo y se propone como una alternativa  sólida y viable utilizando la constante de Planck

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