El gerente de Metrología del INTI, Héctor Laiz, brindó una charla en la UNNE, en la que explicó que con el cambio en la forma de medición del kelvin, el ampere, el mol y principalmente el kilo, el Sistema Internacional de Unidades (SI) pasó a tener todas sus unidades de medida basadas en leyes fundamentales de la naturaleza.
En mayo de 2019 se implementó la nueva definición del kilogramo, el kelvin, el ampere y el mol, la primera vez en la historia en que se modificaron cuatro unidades base a la vez del Sistema Internacional de Medidas.
Pero lo más importante de ese cambio, que se había aprobado en noviembre del año 2018 en la Conferencia General de Pesos y Medidas en Francia (https://www.bipm.org/fr/about-us/), es que todas las unidades se definirán en base a constantes fundamentales de la naturaleza, en lugar de artefactos, propiedades de materiales, o experimentos teóricos.
“Aporta precisión en las mediciones, y si bien en la vida cotidiana no tiene impacto sí es muy importante en el campo científico, tecnológico, industrial y otros” explicó.
Quizás el cambio que más impacto generó fue el del kilo, que estaba definido por un objeto físico que era un cilindro de platino-iridio que se conservaba en Francia, y en base al cual se calibraban los instrumentos de medición del kilo de todos los países.
Ahora, el kilo pasó a definirse a partir de la “constante de Planck” (h), una constante fundamental de la física cuántica.
Para aclarar distintos aspectos del nuevo Sistema Internacional de Unidades, el doctor Héctor Laiz visitó la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura de la UNNE donde brindó la charla “En su precisa y exacta medida. El kilo y otras nuevas definiciones”.
Laiz, además de Gerente de Metrología, Calidad y Ambiente del INTI, es miembro del Comité Internacional de Pesas y Medidas y fue uno de los expertos que votó a favor de los cambios en las unidades de medición del sistema internacional.
Durante la charla, en el Salón de Posgrado de #FaCENA, el experto argentino se refirió a cómo impactan los cambios a los patrones nacionales de medida y cómo se disemina el sistema de medición hacia la industria y otros sectores de la sociedad que dependen de esas referencias de medición.
UNA RECORRIDA HISTORICA
En su charla, Laiz principalmente hizo un repaso histórico de cómo se gestaron las unidades de medición, y cuáles fueron los cambios fundamentales a lo largo de los años hasta llegar al momento histórico de noviembre de 2018 en que se aprobaron los cambios que llevaron a que todas las unidades de medida se basen en leyes de la naturaleza.
“¿De dónde provienen las unidades de medida que usamos, como el metro, kilogramo, segundo, amper, entre otros?” se preguntó y añadió que son fruto de un acuerdo diplomático que fue la Convención del Metro firmada en 1875, con 17 países entre los que estaba Argentina.
Esos 17 países se pusieron de acuerdo en usar el sistema métrico decimal, invitados por los franceses. Hoy en la actualidad ya hay más de 100 miembros plenos y otros 42 asociados.
El organismo máximo de la Convención del Metro es la Conferencia General de Pesos y Medidas, que se reúne cada 4 años, y le sigue el CIPM (Comité Internacional de Pesas y Medidas), formado por 18 expertos internacionales, que es el órgano de gobierno entre cada Conferencia. En tanto, el “Bureau de Pesas y Medidas” o BIPM, es el laboratorio internacional que realiza las actividades que le encomiendan el CIPM y BIPM como ser mantener los prototipos y patrones internacionales.
Laiz comentó que la 1º Conferencia General de Pesas y Medidas se realizó en 1889 y se aprobó la definición del kilo y metro, que fueron las dos unidades que primero se acordaron y que eran la de mayor importancia en ese momento.
El metro se definió como longitud de una barra de platino e iridio y el kilo como la masa de un cilindro de platino e iridio.
“Esos dos prototipos internacionales se depositaron en el BIPM y a cada país se le dio una réplica de esos prototipos que cada tanto debían ser llevada a calibrarse” comentó.
Con estas dos unidades y el segundo se formó el sistema conocido como “MKS” (metro, kilo y segundo).
En 1921 se extendió el rol del BIPM a otras áreas y se agregó una unidad eléctrica al sistema que fue el amper como unidad de base de la electricidad. Luego en 1954 se agregan el kelvin como unidad de base de la temperatura y la candela como unidad de la intensidad luminosa.
En la Conferencia de 1960 se incorpora la medición de radiciaciones no ionizantes y se cambia la definición del metro. Por primera vez desde 1989 se cambia la definición de una unidad de medida, y el metro pasa a estar representado en función de “la longintud de onda de la radiación que emite el átomo Criptoma 86 cuando hace una transición energética”.
También se cambió la definición del segundo, en relación a una fracción del periodo de rotación de la tierra.
En esa conferencia de 1960 se el nombre del sistema y se estableció el nombre «Sistema Internacional de Unidades», vigente en la actualidad, y que en ese momento estaba basado en seis unidades de medida: kilo, metro, segundo, amper, kelvin y la candela.
Siete años después, en 1967 se cambió de nuevo la definición del segundo, que pasó a basarse en “la frecuencia del periodo de la radiación que emite una transición del átomo de cesio 133”. El kelvin pasó a definirse como “una fracción de la temperatura del punto triple del agua”.
En 1971 se adopta el “mol” como unidad de cantidad de materia y en 1979 de cambia definición de candela, basas en técnicas radiométricas.
En 1983 vuelve a cambiar la definición del metro, y pasa a estar definida en función de la velocidad de la luz, la distancia que recorre la luz en una fracción de segundo.
En 1987 se asigna al BIPM de determinar el tiempo atómico internacional que es la base de cómo se determina la hora internacional, en base a mediciones de más de 200 relojes atómicos de todo el mundo. Ese año se pidió al BIPM fijar otras unidades de interés internacional.
Así, hasta llegar en el año 2007, que fue la primera vez que se propuso redefinir todo el sistema internacional de unidades basados en constantes fundamentales de la naturaleza.
UN CAMBIO HISTORICO
No fue sino hasta noviembre de 2018 que se aprobó la redefinición del Sistema Internacional de Medición, que entro en vigencia el 20 de mayo de 2019, según explicó el experto.
El Sistema Internacional queda basado en leyes fundamentales de la naturaleza para definir siete unidades de base: metro (longitud), kilo (masa), segundo (tiempo), amper (corriente eléctrica), kelvin (temperatura), mol (cantidad de materia) y la candela (intensidad luminosa).
Todas las otras unidades de medición son unidades derivadas, que pueden expresarse como productos y cocientes de las unidades de base.
“El metro había sido la primera unidad que se fijó en base a una ley fundamental de la naturaleza” resaltó el doctor Laíz para explicar cómo el repaso histórico permite observar que los avances científicos fueron los que progresivamente llevaron a modificar las unidades, para llegar el hito histórico actual de contar con todas las unidades de medición sostenidas en leyes de la naturaleza que además de ser precisar lleva a que no se dependan de artefactos o experimentaciones para definir una unidad.
El referente del INTI insistió en que las distintas unidades de medición se fueron modificando a lo largo de la historia, pero fue el kilo el único que no se había cambiado desde su definición en 1889.
Para alcanzar los cambios aprobados en 2018, se debió transcurrir un largo periodo desde 2007 para identificar los parámetros en los cuales basarse para calcular las unidades de medida y que estén basados en constantes de la naturaleza.
Finalmente, tras numerosas y costosas investigaciones, con participación de varios países, en 2017 se llegó a determinar valores finales en cuatro constantes de la naturaleza que se iban a usar para la nueva definición que fueron la constante de Planck (h) para el kilogramo, la carga del electrón para la corriente eléctrica, la constante del Boltzmann para el kelvin y el número de avogadro para el mol.
“Son constantes fundamentales muy técnicas que aportaron a reducir la incertidumbre en las mediciones” remarcó Laiz.
Para ejemplificar la complejidad del cálculo de las nuevas definiciones, comentó que para definir el kilogramo, la nueva definición de kilogramo utiliza una medida de otro valor fijo natural: la constante de Planck (h) que será definida como 6,62607015×10−34 segundos julios. La constante de Planck se puede hallar dividiendo la cantidad de energía que porta una partícula de luz o «fotón» por su frecuencia electromagnética.
La constante normalmente se mide en segundos julios, pero también puede puede expresarse en metros cuadrados de kilogramos por segundo.
La constante de Avogadro, de cuyo valor también depende la nueva definición del mol, se fijó midiendo la cantidad de átomos en una esfera perfecta de silicio.
Laiz recordó los cambios anteriores en las otras unidades importantes, como el metro y segundo cambiados hace varias décadas están basadas en la naturaleza.
Un segundo, que era la fracción del tiempo que le lleva a la Tierra a rotar sobre su eje, luego fue cambiada y desde el año 1967 un segundo pasó a equivaler a 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.
El metro, desde 1983 se define como » la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299,792,458 segundos».
«Ya no es más necesario tener definiciones específicas para cada unidad, sino asignando valor a las constantes se obtienen las unidades de medición» sostuvo el experto durante su charla en la UNNE.
Señaló que con los cambios realizados en 2018 y anteriormente, hasta pasar a apoyarse todos en leyes de la naturaleza, “se logró bajar la incertidumbre respecto a los métodos de medición anteriores basados en artefactos o propiedades de la mecánica”.
“¿Cómo estamos en Argentina respecto a los patrones de medición?” se preguntó Laiz, al explicar que en base a las definiciones internacionales cada país debe ajustar sus patrones de medición para cada unidad de medida.
«Argentina tiene buena capacidad en las unidades de medida» destacó.
En el caso del segundo, el patrón nacional está basados en relojes atómicos de cesio, para lo cual existente en el país tres relojes atómicos de cesio que contribuyen al tiempo internacional.
Para el metro se cuenta con láseres estabilizados, que son la realización del metro basado en la velocidad de la luz, y estos láseres permiten diseminar la realización de la unidad.
Para el amper el sistema nacional cuenta con patrones nacionales de acuerdo a nuevas definiciones, y para el kelvin no se tienen patrones en las constantes de Boltzmann, sino que se utiliza una escala práctica internacional que es un método bastante avanzado.
Para medir la intensidad luminosa, “candela”, Argentina tiene un patrón para realizaciones primarias basadas en radiometría, que permite medir la potencia de una fuente luminosa.
En mol (materia), el país cuenta con métodos primarios, químicos, y se disemina con materiales de referencia.
Respecto a la medición del kilo, o masa, el doctor Laiz explicó que Argentina hasta antes de los cambios del mes de mayo, “tenía muy buen nivel de calibración para realizar la diseminación”.
“Pasar a tener todas las unidades de medición apoyadas en constantes de la naturaleza representó un cambio histórico, y tendrá mucho impacto para futuras innovaciones tecnológicas” concluyó y no descartó que se sigan perfeccionando.
