Kilo. Metro. Mol. Candela. Amperio. Kelvin. Segundo. Hace muchos años las siete unidades estándar vivían en armonía. Pero todo cambió cuando la unidad de masa se redefinió.
Así es, el kilogramo está siendo actualizado, justo a tiempo para el verano.
He aquí las siete unidades estándar. Aprecien su precisión, aunque tres de ellas estén basadas en una que no es del todo precisa.
Para comenzar, me imagino que todos tenemos una idea de cuánto es un kilo, pero, ¿cómo lo definimos? Es decir, obviamente todos sabemos que un segundo es exactamente el tiempo en que duran 9 192 631 770 oscilaciones de la radiación emitida en la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de cesio a una temperatura de 0 K y que el metro es la distancia que recorre la luz en el vacío en un intervalo de 1/299 792 458 segundos, pero ¿y el kilogramo?
Actualmente, la unidad estándar de masa es determinada por un lingote de platino encerrado en una bóveda en París, llamado “El Gran K” o, como yo prefiero, Sr. K (ya saben, porque está encerrado). Este cilindro de metal existe desde 1879 -ó 1889, dependiendo de la fuente- y el peso de éste siempre es exactamente un kilogramo, pues él es la definición de la unidad de masa.
Le grand K, en París, el actual estándar de kilogramo, se encuentra en un recipiente sellado, dentro de otro recipiente igual, dentro de una bóveda.
Sin embargo, definir una unidad en base a un objeto físico nos presenta varios problemas.
En primer lugar, para que el objeto sea útil es necesario que se pueda tener acceso a él y así calibrar los instrumentos que miden la masa. Es por ello que, junto al señorito K, se crearon 80 réplicas del mismo para poder ser usadas alrededor del mundo, mientras que Le Grand K, como lo llaman sus amigos, se encuentra en prisión preventiva por 36 meses una cámara a temperatura constante y sellada del exterior por períodos de 40 años.
Otro de los grandes problemas de basar una constante en un objeto es que los objetos tienden a cambiar. Por desgracia, aunque Papi K esté en un ambiente lo más controlado posible, su masa ha variado en 50 microgramos con relación a sus copias (¡eso es 240 veces menos que un grano de arena!). Esta desviación entre los distintos lingotes se puede deber a varios factores, como que las réplicas son mucho más manipuladas que el original y tienen masa de los dedos de quienes las manipulan, o que el poco gas que puede haber estado atrapado en el K se va liberando de a poquitos. De todas formas, el kilo ha ido cambiando con el tiempo y eso va contra la definición de constante.
Uno podría decir que no hay problema con que haya una desviación tan pequeña o que no se tenga acceso a una forma de calibrar los instrumentos. Total, ya tenemos balanzas digitales en prácticamente cada casa y podemos calibrarlas entre nosotros, ¿no? Es decir, nadie mide la distancia que recorre la luz en el vacío mientras cuenta cuántas vibraciones de determinado átomo han ocurrido.
Bueno, tal vez algunos.
Bueno, para la persona promedio puede que no tenga impacto alguno, pero tener una definición exacta de lo que es un kilogramo sería de extrema ayuda para miles científicos alrededor del mundo. Cuando trabajas con objetos que tienen una millonésima parte de la masa de una pestaña, esos 50 microgramos se convierten en un gran margen de error y cada día se trabaja con cosas más y más chicas. Es por ello que hasta ahora no habíamos sentido la necesidad de cambiarlo: ha sido completamente innecesario. Pero en el futuro puede que todos necesitemos de una unidad más estandarizada, así como antes todos usaban distintas medidas y ahora es ridículo pensar vivir sin el sistema métrico (solo Birmania, Liberia y Estados Unidos tienen la osadía de intentarlo).
Entonces, ¿de qué fakin manera podríamos definir el kilogramo?
Primero, trankilo (pun intended), esa no es forma de preguntar las cosas. Los modales existen por una razón. Este no es lugar para usar ese tipo de lenguaje.
Segundo, lo único que hay que hacer es encontrar alguna constante universal que se relacione con la masa, como el tiempo con la radiación.
Aprendiendo Inglés con Coteto (ese soy yo).
La frase de arriba se traduce como “Más fácil decirlo que hacerlo”, se refiere a las acciones que son fáciles de explicar, pero difíciles de poner en práctica.
Es entonces cuando recuerdas tu clase de Química en el colegio, cuando te enseñaron que un mol es 6,022045 x 10^23 partículas y que un mol de carbono pesa exactamente 12 gramos. Pero, por desgracia, ese número no es lo suficientemente preciso como para los propósitos de una unidad estándar. De hecho, se llegó a hacer una bola de silicio puro, lo más esférica posible, para contar los átomos que habían en ella y así definir el kilogramo como la masa de una cantidad de átomos de silicio, pero no fue algo muy sencillo en la práctica. Todavía se necesitaba otro paso.
Así llegamos a una ecuación muy conocida: E=mc^2. Si conoces algo con energía constante, puedes despejar las variables y llegar a un valor exacto para la masa. Felizmente, lo hay y hay que dar las gracias a Heisenberg por él, pues sabemos que la energía de un fotón está directamente relacionada con su frecuencia (medida en segundos^-1) y la constante de Heisenberg, dándonos la fórmula E=hf. Sabiendo esto, solo reacomodamos las letras y damos con que m=hf/c^2.
El único problema con este método de determinar la masa era que la constante de Planck tenía que ser lo más precisa posible. Los científicos descubrieron que al usar cientos de miles de pequeñas caídas de voltaje, puedes usar la ecuación para las uniones de Josephson (V=hf/2e) para crear una balanza electrónica mucho más precisa que cualquiera que puedas tener en casa, que, a través de varios trucos matemáticos, puede calcular la constante con cuanta precisión quieras. De esta manera ahora podemos definir el kilogramo en base a la cantidad de electricidad que necesitas para levantar una pesa.
Ni siquiera voy a intentar aparentar que entiendo todo el proceso, pero esta es una balanza de Kibble, la cual fue usada para calcular la constante de Planck.
Es así como este viernes 16 de noviembre, después de varios años de discusión, representantes de 60 países votaron a favor del cambio de la definición del kilogramo. El cambio se hará oficial en mi cumpleaños del próximo año (20 de mayo), lo cual no me parece correcto, ya que ahora todos se olvidarán de saludarme por estar tan entretenidos con su nueva unidad de masa. En fin, esos son los precios que pagar por el progreso de la comunidad científica.
