Un kilo pronto dejará de ser un kilo tal y como lo conoces (pero no te darás cuenta)

¿Sabría usted definir qué es un kilogramo? La respuesta más habitual a esta pregunta sería que es la unidad de masa del sistema internacional, pero se trataría de una definición incompleta, porque ¿cómo sabemos cuánto es exactamente un kilo? La respuesta se encuentra en París, en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas. Allí se guarda el estándar internacional del kilo, un cilindro compuesto por una aleación de platino e iridio. El peso de ese cilindro es lo que consideramos un kilo desde 1889.

En base a ese cilindro pedimos las cantidades de fruta en el mercado, calculamos si nos sobra peso o no cada año después de las comilonas de navidad y también se calculan las dosis de medicamentos, las misiones espaciales y las construcciones de grandes infraestructuras. Esto pone un poco nerviosos a muchos físicos, que lo consideran un método algo caprichoso de calcular qué es un kilo y por eso está a punto de cambiar.

Porque el cilindro de París (y las seis copias de él que existen) no tiene una masa perfectamente constante e invariable. A pesar de las cuidadosas medidas de conservación a las que están sometidos, a lo largo de los años el polvo ha sumado peso a los cilindros, y por ello son sometidos de vez en cuando a procesos de limpieza con vapor. Además, la masa de las siete piezas de metal ha variado entre sí con el tiempo sin que nadie sepa explicar el motivo.

Esas variaciones no suponen ningún problema para pedir la fruta en el mercado ni para el cálculo de cuál sería nuestro peso más saludable, pero sí que afecta a instrumentos científicos y técnicos de precisión, como los que se emplean en la investigación y producción farmacológica o en la ingeniería espacial, por ejemplo.

Así que metrólogos de todo el mundo (científicos que estudian los sistemas de pesos y medidas), pertenecientes al Gabinete Internacional de Pesos y Medidas se están preparando para dar un golpe de efecto y cambiar el kilo, y con él, otras unidades básicas de medida como el amperio (unidad de corriente eléctrica), el mol (unidad de la cantidad de materia), el kelvin (unidad de temperatura) y la candela (unidad de intensidad luminosa). A partir de 2018, estas unidades quedarán definidas no por objetos o conceptos aleatorios, sino por constantes universales de la naturaleza y por su relación con otras unidades. Unidas al segundo y al metro, que ya fueron redefinidos, quedarán siete unidades básicas definidas por siete constantes universales.

La precisión de un segundo

El segundo ya recibió su 'cambio radical' hace varias décadas. Hasta 1967, un segundo era el equivalente a dividir la duración del día solar medio entre 86.400. Para conseguir una medición más precisa, y así evitar pequeños desajustes que pudiesen afectar a sistemas delicados como plantas nucleares, equipos médicos o sistemas bancarios, ese año se cambió la definición: "un segundo es la duración de 9.192.631.770 oscilaciones de la radiación emitida en la transición entre los dos niveles superfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de cesio a una temperatura de 0 grados kelvin". ¿Complejo? Sí, pero también extremadamente preciso.

Puesto que la Tierra no gira siempre a la misma velocidad, los días no duran lo mismo siempre, al contrario que los nuevos y mejorados segundos

De hecho, es tan preciso que podría llegar a ser un problema. Puesto que la Tierra no gira siempre a la misma velocidad, los días no duran exactamente lo mismo siempre, al contrario de lo que ocurre con nuestros nuevos y mejorados segundos. Así que de vez en cuando el Servicio Internacional de Rotación de la Tierra decide añadir un segundo extra a un determinado día para acompasar nuestros relojes con el ritmo de rotación de nuestro planeta. Por eso el 30 de junio de 2016 fue un segundo más largo.

Redefinir el segundo sirvió para redefinir a su vez el metro, utilizando como constante la velocidad de la luz: durante décadas, un metro era la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre (el que va del polo norte al ecuador), medida que se recogió en una barra metálica, un sistema similar al empleado con el kilo. Pero en 1983, la definición cambió por "la distancia que recorre la luz en el vacío durante un intervalo de 1/299.792.458 de segundo". De nuevo complejo, pero muy preciso.

El mol, el kelvin y el amperio... y el nuevo kilo

Lo mismo ocurrirá con las demás unidades, que serán redefinidas en relación con distintas constantes. El mol ya se define utilizando la constante de Avogadro: esta constante es el número de partículas (átomos o moléculas) en un mol de una sustancia cualquiera, concretamente 6,022x10²³.

El kelvin hoy se define como una fracción de 1/273,16 partes de la temperatura del punto triple del agua, siendo este punto triple la combinación de presión y temperatura en el que pueden coexistir el estado sólido, líquido y gaseoso del agua. La idea es cambiar esa definición por otra que emplee como referencia la constante de Boltzmann, que relaciona temperatura absoluta y energía.

El amperio por su parte es "la intensidad de una corriente constante que, manteniéndose en dos contantes paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, sección circular despreciable, situados a un metro de distancia y en el vacío, produciría una fuerza igual a 2x10^-7. El problema añadido de esta definición es que no es posible medirla con precisión, puesto que los propios cables son imposibles de producir, y por tanto calibrar un equipo de medición de amperios no es sencillo. El objetivo de los científicos es cambiar esa definición por otra que utilice como referencia la constante de carga elemental, la cantidad mínima de carga de un electrón o un protón, y estará relacionada con el segundo.

En cuanto al nuevo kilo, que será sometido a votación y se espera que sea aprobado en menos de dos años, la clave para definirlo será acordar un valor preciso para la constante de Planck, un concepto que sirve para medir la acción al nivel de la mecánica cuántica y que, junto al metro y al segundo, ya redefinidos, servirán a los físicos para establecer qué sera el nuevo kilogramo.

El problema de las constantes

Las constantes que actuarán como las nuevas bases para el kilo, el kelvin y el segundo son las mediciones más precisas conocidas hasta ahora por los científicos, y por lo tanto son las herramientas ideales para la tarea de definir estas medidas, pero eso no quiere decir que la idea no tenga sus inconvenientes. Para empezar, porque aunque puedan medirse tan ajustadamente, su origen es desconocido: sabemos que la velocidad de la luz en el vacío es de 299.792.458 metros por segundo, pero no sabemos por qué.

Aunque puedan medirse ajustadamente, el origen de las constantes es desconocido: sabemos que la luz viaja a 299.792.458 m/s, pero no sabemos por qué

Y para continuar, porque ninguna ley de la física impide que cambien, si bien no hay tampoco ninguna evidencia de que lo hayan hecho o lo vayan a hacer en algún momento. Pero al desconocer por qué la luz viaja a esa velocidad, no podemos saber si en algún momento o lugar su velocidad en el vacío podría ser diferente. Y si esto ocurriese, el cuidadoso nuevo método para definir el segundo ya no serviría.

Los metrólogos que se reunirán y votarán en 2018 parecen dispuestos a asumir este riesgo, al menos de momento, de forma que, si todo va según lo previsto, en ese momento un kilo ya no será lo que es hoy, un cilindro metálico custodiado en París, sino una compleja fórmula, mucho más precisa. Esto no afectará de forma evidente a nuestras actividades cotidianas, ya que el cambio será imperceptible al ir a comprar fruta o al pesarnos en la báscula del baño por las mañanas, pero sí tendrá repercusiones en la investigación científica, la producción de medicamentos o de nuevos materiales, en las expediciones espaciales y en muchas otras cuestiones en las que unos miligramos más o menos son importantes.