Metrología Científica, herramienta para reemplazar el actual kg patrón


Este patrón de medida está sometido a cambios irreversibles muy pequeños causados por la abrasión, la acreción de masa debido a contaminantes atmosféricos. Además la unidad de la masa sólo puede diseminarse por comparación con el prototipo guardado en el BIPM. Las comparaciones de su masa con otros cilindros iguales y cuidadosamente preservados en distintos Institutos Nacionales de Metrología muestran cambios relativos, sobre varias decenas de años, de cinco partes en 108, es decir 0,05 ppm.


Si un procedimiento o experimento permitiera vincular la masa a una constante fundamental de la naturaleza con una exactitud similar o mejor, se superarían las limitaciones anteriores, de tal forma que la unidad sería accesible a cualquier persona que realice cuidadosamente dicho procedimiento, asegurando la estabilidad a largo plazo dado la reproducibilidad de un experimento físico.

Los intentos para conseguir esto se clasifican en dos categorías: la primera relaciona el kilogramo a las masas atómicas midiendo el número de átomos en una muestra material y la segunda por medio de la equivalencia entre las energías mecánica y eléctrica.

Más específicamente, una versión del conteo de átomos consiste en medir o contar el número de átomos en un gran cristal de silicio usando técnicas de interferometría óptica y de rayos X; y otra versión consiste en que átomos de oro confinados en un haz al vacío, se acumulan en un colector que puede pesarse, el número de iones recogidos se deduce de la corriente que sale del colector, la cual es medida en términos de la carga del electrón y del segundo (la unidad del tiempo), por medios de los efectos Josephson y Hall cuántico.

La segunda categoría de experimentos consiste en relacionar la masa a través de la energía eléctrica a la constante de Planck, la cual se simboliza con h, que es una constante fundamental de la naturaleza; una versión de este desarrollo, es el de una masa superconductora que levita en un campo magnético de una bobina por la cual circula una corriente eléctrica. En otra versión, se mide la fuerza sobre un electrómetro cuyas placas se atraen entre sí. Y una tercera versión consiste en la balanza de Watt de bobina móvil: dónde se "pesa" la fuerza ejercida sobre una bobina que transporta corriente eléctrica en un campo magnético: el flujo de la bobina se determina midiendo el voltaje generado cuando la bobina se mueve con una velocidad, a su vez medida interferométricamente, a través del mismo flujo.

Estos experimentos requieren entender muy bien y cuantificar correctamente las fuentes de incertidumbre de medición tipo B. Se espera que dentro de diez a veinte años se logre una exactitud del orden de 1 parte en 108, es decir 0,01 ppm, en la reproducción del denominado kilogramo electrónico, o más bien dicho el kilogramo basado en constantes fundamentales de la naturaleza.

Replacing the kilogram. B P Kibble and I A Robinson. Meas. Sci. Technol. 14 (2003) 1243 - 1248. 2003-07-16


 


 

Fecha original de publicación: 2012-12-07