Los científicos están reinventando formas en las que podemos establecer unidades de medida estándar, confiando en matemáticas, constantes medibles en lugar de objetos de referencia físicos. Iniciativa WIN / Neleman / Getty Images Si está familiarizado con los conceptos básicos de la conversión de métricas, sabes que 2,2 libras equivalen a 1 kilogramo. Pero cuanto pesa un kilogramo ¿exactamente? ¿Cómo se define un concepto abstracto como una unidad de medida? Desde 1875, el peso exacto de un kilogramo ha sido definido por el Prototipo Internacional del Kilogramo, un cilindro hecho de una aleación que es 90 por ciento de platino, 10 por ciento de iridio, y se sienta encerrado en una bóveda regulada ambientalmente en las afueras de París. Cada 40 años, se elimina y se compara con media docena de copias en todo el mundo, que a su vez se utilizan como modelos para réplicas de pesos en todo el mundo.
Ese sistema estaba bien a finales del siglo XIX. Pero hoy, con mediciones superprecisas necesarias para la producción farmacéutica, química, astrofísica y otros esfuerzos, ya no funciona tan bien. Agregue a eso otro problema:después de casi siglo y medio, ha ganado peso, gracias muy probablemente a los contaminantes que gradualmente se han acumulado en su superficie.
El trabajo del físico alemán Max Planck (1858-1947) ha ayudado a los científicos a definir y comprender el universo durante décadas. Colección Hulton Deutsch / Corbis / Getty Images Es por eso que el Comité Internacional de Pesas y Medidas, el órgano de gobierno que controla lo que significa pesar un kilogramo, está interesado en cambiar de un estándar físico a uno basado en algún estándar fundamental de la naturaleza, algo que los científicos pueden replicar en los laboratorios de todo el planeta.
Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) del gobierno de EE. UU. Dicen que han logrado un gran avance que podría resolver el problema. Usando una nueva máquina llamada NIST-4, han determinado un valor más preciso para la constante de Planck, un número realmente pequeño (y una cantidad física fundamental) utilizado en física cuántica para calcular la cantidad de energía transmitida por un solo fotón.
La constante de Planck también se puede utilizar para definir el kilogramo, porque también es una constante fundamental, algo que no cambia en nuestro universo, y los científicos pueden realizar experimentos para determinar qué es. "Podemos arreglar la unidad y pedirle a la naturaleza, '¿Cuál es el valor numérico de la constante fundamental usando estas unidades?' ", Dijo el físico del NIST Stephan Schlamminger en un correo electrónico." O bien, podemos fijar el valor numérico y usar el experimento para determinar el tamaño de la unidad ".
Para calcular la constante de Planck con mayor precisión, Los investigadores del NIST emplearon un dispositivo llamado Kibble Balance, llamado así por el físico británico que inventó la técnica. El dispositivo "compara la energía eléctrica con la mecánica, ", dijo Schlamminger." La potencia se mide en unidades de vatio. La potencia mecánica viene dada por la fuerza multiplicada por la velocidad. En la balanza, la fuerza es el peso de un patrón de masa. La potencia eléctrica se puede medir como un producto de dos frecuencias y la constante de Planck. Estos tienen que ver con dos efectos de la mecánica cuántica que se utilizan para medir el voltaje y la resistencia. Por eso, la unidad de masa se puede vincular a la constante de Planck ".
Aquí hay un video en el que la física del NIST Darine Haddad usa una taza de café y terrones de azúcar para explicar el significado de la constante de Planck:
En 2016, Los científicos del NIST publicaron una medición de la constante de Planck con una incertidumbre de solo 34 partes por mil millones, cual es, bien, bastante malditamente preciso. Pero siguieron experimentando y ahora que tienen varios años de datos con los que trabajar, han perfeccionado aún más el pequeño número. La nueva medición NIST establece la constante de Planck en 6.626069934 x 10−34 kg ∙ m2 / s, con una incertidumbre de sólo 13 partes por mil millones.
Los investigadores del NIST son uno de los numerosos equipos científicos en países que van desde Canadá hasta Corea del Sur que están compitiendo por encontrar el valor más preciso para la constante de Planck. Algunos también están realizando experimentos con la balanza Kibble, mientras que otros utilizan el método de densidad de cristal de rayos X, en el que infieren el número de átomos de silicio en una esfera de silicio extremadamente redonda, Dijo Schlamminger.
El físico del NIST señaló que podría ser posible reducir el grado de incertidumbre en su medición de la constante de Planck incluso más allá del valor publicado, hasta 11 partes por mil millones. Pero esperan que el número publicado sea suficiente para redefinir el kilogramo, él dijo.
Eso es interesanteMax Planck, el físico alemán ganador del Nobel que ideó la constante de Planck en 1900, tuvo un hijo Erwin que estuvo involucrado en el fallido intento de asesinar a Adolf Hitler en 1944. Erwin fue ejecutado en 1945, a pesar de una carta que su padre le escribió al dictador nazi para suplicar por su vida.
