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    Difundir el nuevo kilogramo:un ensayo internacional

    Patrick Abbott de NIST con uno de los dos saldos más pequeños, utilizado para los estudios de vacío a aire. Crédito:Instituto Nacional de Estándares y Tecnología

    Cuando el kilogramo, la unidad básica de masa del mundo, obtiene una nueva definición en 2018, no se basará en un artefacto físico sino en una constante de la naturaleza. Sin embargo, los investigadores todavía necesitarán "darse cuenta" de la nueva definición, o traducirlo en un objeto físico, para posibilitar la distribución de la nueva norma a los laboratorios e industrias que la necesiten. De los dos métodos que son los principales contendientes para este proceso de realización, los balances de vatios y las esferas de silicio, ambos requieren mediciones delicadas en el vacío.

    Pero la mayoría de las mediciones de masa diarias se realizan en el aire. Esto significa que para difundir el nuevo kilogramo, los investigadores deben encontrar formas fiables de comparar una masa medida en el vacío con una medida en el aire.

    Los institutos nacionales de metrología (INM) del mundo están desarrollando protocolos para usar en sus propios países. Pero alguien debe verificar para asegurarse de que sus diversos métodos funcionen bien y obtengan resultados comparables.

    Entonces, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM), una organización intergubernamental que tiene la custodia del estándar oficial actual de kilogramos, pidió a algunos INM que realizaran una prueba de sus métodos de difusión propuestos, como parte de un estudio piloto para asegurar que los planes para distribuir la nueva definición sean viables. NIST acaba de completar su ensayo este mes.

    "Para este estudio piloto, cada NMI ha realizado una realización primaria de un kilogramo utilizando una balanza de vatios o una esfera de silicio, "dice Patrick Abbott del Grupo de Masa y Fuerza en el Laboratorio de Medición Física del NIST." La idea era:¿Qué tan bien podemos tomar esa comprensión primaria y transmitirla? "

    Ahora, el estándar estadounidense para la masa es un cilindro del tamaño de una ciruela de platino-iridio llamado K20, que se calibra regularmente contra la definición actual del kilogramo:el kilogramo prototipo internacional (IPK), ubicado en la sede de BIPM en París. Después de la redefinición, K20 será reemplazado por un nuevo estándar estadounidense:el balance de vatios NIST-4.

    Un primer plano del interior del pequeño aparato utilizado para los estudios de vacío a aire. Un kilogramo estándar (izquierda) está listo para ser comparado con una pila de discos (derecha). Los dos objetos tienen la misma masa nominal, están compuestos del mismo material, y tienen aproximadamente la misma forma, pero el objeto de la derecha tiene una superficie total mayor. Al medir cómo cambian las masas de los estándares entre sí, tanto en el aire como en el vacío, los investigadores pueden calcular cómo cambia la masa de un objeto con la exposición al aire. Crédito:Instituto Nacional de Estándares y Tecnología

    El personal del NIST comenzó el estudio piloto calibrando una masa de muestra, hecho de platino-iridio, en su balance de vatios. Pero el siguiente paso, transferir la calibración a masas en el aire, fue un poco complicado. El aire contiene agua y otras impurezas que son adsorbidas por las superficies de las masas utilizadas en el proceso de calibración. Entonces, una masa medida en el aire será un poco más pesada que la misma masa medida en el vacío. La pregunta persistente para los metrólogos es:¿Por cuanto?

    Los investigadores del NIST han preparado un par de formas de superar este problema. El primero involucra un instrumento de dos pisos del tamaño de una habitación que usa levitación magnética para hacer flotar una masa en el aire. para equilibrarlo contra una masa en el vacío, y hacer una comparación directa de los dos. Finalmente, este instrumento, llamado Comparador de Masa de Suspensión Magnética, será el método preferido para diseminar el kilogramo. Pero todavía se está construyendo y probando, por lo que no se utilizó en el ensayo.

    El segundo método implica el uso de un conjunto de instrumentos más pequeños en NIST. Estas balanzas pueden comparar las masas de dos objetos a la vez, ya sea en aire normal o en vacío. Antes del ensayo, El personal del NIST utilizó uno de estos aparatos para realizar un estudio en el que se midió exactamente cuánta masa se agrega a un objeto cuando pasa del vacío al aire. basado en su material y la suavidad de su superficie.

    Con esta información, los investigadores del NIST tomaron la masa que había sido calibrada usando el balance de vatios, lo sacó del vacío, y lo comparó, en el aire, con un par de estándares de trabajo de acero inoxidable, del tipo que podría utilizarse para calibrar los pesos de los clientes. El equipo aplicó las correcciones que obtuvo de sus estudios de adsorción para dar el salto del vacío al aire.

    Para conectar estos hallazgos con la definición actual de masa, el equipo también midió todas estas masas de prueba contra uno de los estándares de masas oficiales de EE. UU., cuya definición está ligada al IPK.

    Abbott dice que espera que el BIPM esté listo para compartir los resultados del estudio piloto a principios del próximo año. Otros INM participantes incluyen el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC Canadá) y el Laboratoire National de Métrologie et d'Essais (LNE) de Francia, cada uno de los cuales tiene su propio balance de vatios, así como el Instituto Nacional de Metrología de Alemania (PTB) y el Instituto Nacional de Metrología de Japón (NMIJ), que utilizan esferas de silicio.

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