Alcanzado un hito en la búsqueda del kilo La comunidad científica ha conseguido contar los átomos de un cristal de silicio con una exactitud sin precedentes, lo que ha supuesto un avance importante hacia la definición del kilogramo (kg) en función de constantes físicas. El trabajo, publicado en un artículo de la r... La comunidad científica ha conseguido contar los átomos de un cristal de silicio con una exactitud sin precedentes, lo que ha supuesto un avance importante hacia la definición del kilogramo (kg) en función de constantes físicas. El trabajo, publicado en un artículo de la revista Physical Review Letters, recibió fondos de la Unión Europea a través del proyecto IMERA Plus («Implantación de la metrología en el Espacio Europeo de Investigación - Plus»). IMERA Plus, financiado con 21 millones de euros de la línea presupuestaria para «Coordinación de actividades de investigación» del Séptimo Programa Marco (7PM), reúne a instituciones nacionales de investigación en metrología de toda Europa para abordar cuestiones fundamentales como la definición del kilogramo. Actualmente, la mayoría de las mediciones se basan en constantes físicas. Por ejemplo, la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (OIPM) define el metro como «la distancia que recorre la luz en el vacío durante un intervalo de 1/299.792.458 segundos», mientras que un segundo es «la duración de 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». Sólo una magnitud escapa a este tipo de definición: el kilogramo, que la OIPM todavía define como «igual a la masa del prototipo internacional de kilogramo». Este prototipo internacional es un bloque de platino e iridio (Pt-Ir) depositado en las instalaciones de la OIPM en París, Francia. Sin embargo, a pesar de que se conserva bajo unas condiciones cuidadosamente controladas, el peso del kilogramo oficial no es constante y se estima que su peso ha variado en unos 50 microgramos durante los últimos cien años. El reto, por tanto, es conseguir una definición del kilogramo clara y fija. El proyecto internacional Avogadro, coordinado por el Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB, Alemania), lleva trabajando desde 2003 para encontrar una definición del kilogramo basada en la constante de Avogadro. Para un elemento, la constante de Avogadro se refiere al número de átomos en una cantidad de materia cuya masa en gramos es equivalente al peso atómico del elemento. La constante de Avogadro misma «relaciona las propiedades atómicas y macroscópicas de la materia», escriben los investigadores. En este estudio, un equipo internacional de investigadores se propuso medir el número de átomos en un único cristal de silicio de 1 kg. Según el equipo, se eligió el silicio debido a que permite crear cristales grandes, extremadamente puros y casi perfectos. El objetivo final del proyecto Avogadro es medir la constante de Avogadro en un cristal así con un error de medida de solo 2 x 10 elevado a -8. El proyecto aprovechó los conocimientos de instituciones de metrología de todo el mundo. Se utilizaron dos esferas pulidas en Australia y se analizó el nivel de perfección de sus cristales y la influencia de los defectos de la red cristalina de las mismas. El Instituto Italiano de Metrología (INRIM) empleó interferometría por rayos X para determinar su parámetro de red, resultados confirmados mediante la comparación de dichas mediciones con las realizadas en un cristal de silicio natural en el Instituto Nacional de Normas y Tecnología de los Estados Unidos (NIST). Las masas de las dos esferas de silicio se compararon con la masa de los kilogramos de referencia ubicados en la OIPM, el PTB y el Instituto Nacional de Metrología de Japón (NMIJ). La capa superficial de dióxido de silicio de las esferas se ha sometido a una serie de pruebas, entre las que se ha incluido el empleo de radiaciones de rayos X y de sincrotrón. También se midió la contaminación por cobre y siliciuros de níquel de la superficie y su efecto sobre las mediciones del volumen y la masa de la esfera. Finalmente, el equipo del PTB utilizó un nuevo método de espectrometría de masas para determinar la masa molar de las esferas. Estos trabajos permitieron contar la cantidad de átomos de las muestras con un error de medida de solo 3 x 10 elevado a -8. «El valor obtenido [...] es el dato más preciso conseguido para una nueva definición del kilogramo», según los investigadores. El PTB indica mediante un comunicado que: «El resultado supone un hito en el camino hacia la consecución de una nueva definición del kilogramo basada en constantes fundamentales con valores fijos». Los investigadores hacen hincapié en que su definición todavía no posee la precisión suficiente para sustituir al kilogramo prototipo de París. Para ello necesitarían alcanzar un nivel de incertidumbre de 2 x 10 elevado a -8, como exige el Comité Consultivo sobre Masa (CCM) de la OIPM. No obstante, parece que este pedazo de metal parisino tiene los días contados como referencia del kilogramo. Los investigadores concluyen que: «El acuerdo entre los diferentes proyectos todavía no es lo suficientemente bueno como para prescindir del prototipo de kilogramo de Pt-Ir, pero teniendo en cuenta las capacidades desarrolladas y las mejoras planeadas, parece realista alcanzar el objetivo de error de medición en un futuro no muy lejano».Para más información, consulte: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB): http://www.ptb.de Physical Review Letters: http://prl.aps.org/ Asociación Europea de Institutos Nacionales de Metrología (EURAMET): http://www.euramet.org/ Oficina Internacional de Pesos y Medidas (OIPM): http://www.bipm.org Países Australia, Bélgica, Suiza, Alemania, Francia, Italia, Japón, Estados Unidos
