Ya se está muy cerca de una definición de patrón de kilogramo que se reproducible.
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La definiciones de unidades han cambiado en el tiempo y casi ya todas ellas pueden ser reproducidas en un laboratorio equipado y así uno puede tener un metro (la distancia recorrida por la luz en una fracción precisa de tiempo) un voltio o cualquier otro patrón de unidad en cualquier sitio. Bueno, cualquier otra unidad menos el kilogramo. Hasta ahora no hemos sido capaces de encontrar una buena definición reproducible de kilogramo, por lo que el kilo de platino iridiado que se guarda en París (del que se han hecho copias en otros países), y que sirve de definición de kilogramo, se saca muy pocas veces de su custodia para evitar desgastes que cambien su masa. Este cilindro (y sus seis copias) gana masa debido al polvo y lo pierde cuando se le somete a un baño de vapor para limpiarlo. Se estima que ha perdido 50 microgramos en un siglo.
Desde hace algún tiempo se hacen esfuerzos para obtener una buena definición de kilogramo. Ahora, avances en la definición del número de Avogadro permiten decir que un kilogramo de silicio contiene 6.02214084(18) × 1023 átomos de ese elemento.
Recordemos que el número de Avogadro es el número de átomos o moléculas en un mol de una sustancia en particular. Así que si podemos relacionar masa molar con masa y volumen podemos definir el kilogramo.
Ahora un consorcio científico ha conseguido determinar la masa molar del silicio con muy buena precisión. Han podido contar los átomos de un kilogramo de silicio en forma de monocristal ultrapuro esférico con alta precisión. La técnica de conteo se basa en medir el volumen de dicho cristal. Para poder realizar este logro ha hecho falta el establecimiento de un consorcio internacional compuesto por varios grupos de investigadores.
Todo empezó en 2004 con los esfuerzos de un grupo ruso y un bloque de silicio y siguió en 2007 con otro grupo ruso en colaboración de un grupo alemán trabajando con un monocristal de 5 kilogramos enriquecido al 99.99% en silicio 28.
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El Centro Australiano de Óptica de Precisión ha tomado ahora estos monocristales de silicio proporcionados por el grupo ruso y los ha convertido en esferas casi perfectas. Con un interferómetro de rayos X determinaron su estructura cristalina. En concreto la distancia interatómica entre los átomos equiespaciados del monocristal y que permite calcular el número de átomos que hay si se conoce el volumen.
Además, midieron con extremada precisión la superficie de dichas esferas para asegurarse que no había imperfecciones antes de hacer los cálculos finales. Para medir el volumen de las esferas se usó interferometría óptica. Para hacernos una idea, si estas esferas fueran del tamaño de la Tierra las montañas más altas tendrían 3 metros de altura como máximo.
Otros grupos de investigadores han medido las masas de estas esferas en relación a los patrones de kilogramo guardados en Francia, Alemania y Japón.
En la medida del contenido isotópico participaron grupos de investigadores polacos y chinos.
El resultado permite decir que este método es el mejor hasta el momento para definir el kilo y permitirá obtener valores numéricos mejores de las constantes físicas en las que estén involucradas masas. Sin embargo, de momento parece que la precisión alcanzada (30 partes en mil millones) no permite eliminar a los patrones de kilogramo que usamos ahora. Quizás en un futuro cercano de poco más de dos años sí pueda ser, cuando se alcance una precisión mayor de 20 partes en mil millones, y se solicite al Comité Internacional de Pesas y Medidas que cambie la definición de kilogramo.
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Fuentes y referencias:
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