La nueva era del kilogramo

El subterráneo de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas, en el barrio parisino de Sèvres, oculta un secreto. Al interior de tres campanas de cristal, que parecieran ser tres pequeñas muñecas rusas, yace un pequeño cilindro de metal que muy pocos han visto. Se le conoce como Le Grand K, tiene el tamaño de una pelota de golf, está compuesto en 90 por ciento por platino y 10 por ciento de iridio y es resguardado celosamente: para acceder a él se requieren tres llaves, operadas independientemente y una de las cuales ni siquiera está en Francia.

La explicación para este nivel de seguridad digno del Pentágono estadounidense es que Le Grand K cumple un rol clave. Durante 120 años, el cilindro ha servido como el prototipo internacional del kilogramo, es decir, es la referencia física según la cual se hacen todas las mediciones de masa en el mundo. Desde su creación en 1899, este objeto forjado originalmente en Londres sólo ha sido removido de su refugio una vez cada 40 años. El objetivo era comparar el cilindro con cuarenta réplicas albergadas en laboratorios alrededor del mundo, un proceso delicado puesto que incluso la humedad en el aire era capaz de alterar la superficie prístina de Le Grand K, causando potenciales cambios en su masa.

Si ciertos contaminantes microscópicos en el aire o en las manos de quienes lo manipulaban hacían que Le Grand K se volviera un poco más pesado, el kilogramo se volvía más pesado. Si una limpieza rigurosa o algún diminuto rayón hacían que se volviera más ligero, el kilogramo se volvía más ligero. De hecho, se estima que durante todos estos años Le Grand K ha perdido 50 microgramos de masa, una variación que finalmente hizo que el reinado de este objeto tenga sus horas contadas.

Desde este lunes, la definición del kilogramo no estará basada en un objeto, sino en una propiedad fundamental de la naturaleza conocida como constante de Planck, un concepto de la mecánica cuántica que describe como las partículas más diminutas de materia liberan energía en pequeñas cantidades. La clave es que, al igual que la velocidad de la luz, el valor de la constante de Planck no puede fluctuar,  es decir, está construida con una precisión inmutable en la estructura misma del universo. Carla Hermann, académica del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la U. de Chile, explica que la adopción del nuevo parámetro se realizó porque  "la referencia de qué es un kilo se basaba en un artefacto físico, y este podía tener variaciones a lo largo del tiempo. Lo que se trató de hacer ahora, es definir ese kilo en función de constantes universales que no cambien".

La investigadora agrega que el valor de la constante de Planck se "expresa en unidades de metro al cuadrado por kilómetro divido por segundo" y es un número que no se modifica. Este es  (h= 6,626 070 15 × 10−34 kg m2 s-1).  "Ahora un kilogramo tendrá la misma masa ya sea en la Tierra, Marte o en la galaxia de Andrómeda", señaló Stephan Schlamminger, físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos (NIST), al diario Los Angeles Times.

La decisión de redefinir el kilogramo y otras tres unidades –el mol que sirve para cuantificar partículas muy pequeñas, el ampere que mide cargas eléctricas y el kelvin que mide temperatura- fue realizada en noviembre, durante la XXVI Conferencia General de Pesos y Medidas en Francia. Delegados de 60 estados votaron de manera unánime y el resultado fue recibido con una ovación y brindis con champaña. ¿La razón? Aunque en el día a día de las personas no habrá grandes cambios, tener una definición muy precisa del kilogramo es fundamental en el campo microscópico y cuántico, por lo que podría revolucionar las leyes de la Física.

De hecho, los científicos mencionan un ejemplo similar: hoy el segundo se puede medir de manera tan precisa que los investigadores pueden detectar pequeños cambios en el campo gravitatorio de la Tierra, porque el tiempo avanza ligeramente más rápido mientras más lejos se esté de su centro de gravedad. "Lord Kelvin, uno de los líderes en el campo de la metrología, dijo 'Medir es saber'. A medida que podemos medir con una creciente precisión, nos vamos volviendo capaces de aprender más sobre los aspectos fundamentales de nuestro universo y las bases fundamentales de la vida", señaló Walter Copan, director de NIST, a Los Angeles Times.

Carla Hermann agrega que la determinación de modificar el concepto de kilogramo es similar a la que se adoptó con el metro, que "se redefinió de acuerdo con la velocidad de la luz. Se han tratado de dejar todas las unidades fundamentales en función de constantes universales". En 1983, el metro se convirtió en la primera unidad métrica ligada a una propiedad fundamental del universo, al ser concebida como la distancia que recorre la luz en el vació en un intervalo de 1/299 792 458 de segundo. Hasta ese año, el metro se definía según el largo de una barra albergada en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de Francia: "Hoy podemos medir la distancia de la Tierra a un satélite que está a seis mil kilómetros de distancia con una exquisita precisión de seis milímetros. Intenten hacer eso con un palo de un metro", comentó Stephan Schlamminger.

El físico agrega que tal como la primera versión del sistema métrico moderno, surgido en la Revolución Francesa del siglo XVIII, ayudó a facilitar la comunicación y el comercio entre las naciones, algún día las nuevas redefiniciones de varias unidades quizás ayuden a la humanidad a comunicarse con otras civilizaciones. "Si hacemos contacto con alienígenas, ¿De qué les vamos a hablar? Física. No hay nada más. Pero si les decimos que nuestras unidades de medición están basadas en un pedazo de metal vamos a ser el hazmerreír de la galaxia", concluye.