125 aniversario del kilogramo, patrón de masa

El IPK (kilogramo patrón internacional de masa) ha sido el estándar para la masa en los últimos 125 años; fue sancionado en la primera Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) del siete al nueve de septiembre de 1889 en París (Francia). Es probable que sea de los últimos cumpleaños, pues experimentos actuales para redefinir el kilogramo finalizarán en 2018,  están relacionados con constantes de masa de origen natural en lugar de un objeto físico.

El IPK está hecho de una aleación de platino (90%) e iridio (10%). Esta mezcla fue elegida  porque el platino tiene una alta densidad de modo que el patrón se podría hacer de pequeño volumen y superficie; la adición de iridio mejora la dureza. Tiene una masa fija aproximadamente equivalente a un litro de agua a 4 C, pero su peso varía en función de la gravedad local.

Cuando se fabricó el IPK, también fueron hechas 40 copias de la misma aleación de platino-iridio. Fueron distribuidas para su uso como estándares nacionales para que los científicos no se vieran en la necesidad de volver al IPK (depositado en Sèvres, cerca de París), cada vez que necesitaran una medición precisa de la masa. Estas copias nacionales se comprueban frente al patrón cada 40 años. En la última revisión, en 1989, la desviación máxima era de 50 microgramos. Estos cambios no se tienen plenamente en cuenta y la correspondiente falta de estabilidad de la escala plantea un problema para los científicos. El científico NPL Dr Stuart Davidson comenta que: “Si bien la actual definición del kilogramo es adecuada para el propósito, sabemos que no puede ser perfectamente estable porque todos los artefactos cambiarán su masa con el tiempo, es una preocupación que sabemos que el patrón debe estar cambiando, pero actualmente no hay manera de realmente medir este cambio “.

Dos experimentos están en marcha para redefinir el kilogramo en términos de una constante fundamental. La balanza watt establece el kilogramo con relación a realizaciones cuánticas del voltio y el ohmio, y el experimento Avogadro define un kilogramo en términos de un número fijo de átomos. El concepto de balanza watt fue desarrollado originalmente en el NPL en 1975 por el Dr. Bryan Kibble. NPL trabajó en el desarrollo de la balanza watt hasta 2008, cuando la balanza watt fue trasladado a NRC de Canadá, donde se está produciendo la medición más precisa de la constante de Planck. NPL también lidera un proyecto europeo de investigación para la creación de un vínculo práctico entre los resultados de los nuevos experimentos y la escala masiva de corriente definida por el IPK. Este es un proceso de dos veces, donde la constante de Planck se fijará inicialmente contra la escala actual de masa como se define por el IPK. Después de esto la unidad se realizará por la balanza watt y experimentos Avogadro y la escala de masas tendrán que ser difundidos a partir de estos experimentos que dan cuenta de la unidad en el vacío, a los pesos prácticos en el aire. Esperan completar esta investigación en 2015.

IPK tiene nominalmente incertidumbre cero sobre la escala masiva, se fija frente a ella. Relacionar la escala de forma natural cuando se producen constantes asegurará la estabilidad a largo plazo de la escala, pero, en el corto plazo, aumentará la incertidumbre debido a la incertidumbre en los experimentos de realización. También habrá una incertidumbre adicional de la difusión de la escala de vacío ala aire. Los científicos tienen el objetivo de minimizar estas incertidumbres adicionales a un nivel de alrededor de 3 en 108 que es aproximadamente equivalente a la adición del peso de un grano de arroz al peso total de un coche.

El Dr Stuart Davidson comentó que: “Este aniversario es interesante, ya que muestra cuánto tiempo esta norma para el kilogramo se ha prolongado y por lo tanto lo bueno que fue la elección original de material para el IPK.” El kilogramo es la última unidad metrológica que está vinculada a una cantidad física. A pesar de que el futuro de este patrón es finito, debe estar satisfecho de haber sobrevivido al resto de las unidades del SI.

Fuente: National Physical Laboratory