Un nou kilo 2.0

kilogram.jpg Quan parlen del Sistema Internacional d’Unitats sempre em venen al cap les tres unitats de mesura que semblen les més bàsiques, essencials i habituals: El metro, el kilogram i el segon. En realitat faig curt, perquè actualment hi ha definides set unitats bàsiques. A més d’aquestes tres hi ha l’ampere per mesurar la intensitat del corrent elèctric, el kelvin per la temperatura, el mol per la quantitat de matèria i la candela per la intensitat lluminosa. A partir d’aquestes es poden establir la resta d’unitats, però aquestes set són el fonament del sistema.

Qui s’encarrega de determinar-les es la Conferencia Internacional de Pesos i Mesures, que es reuneix cada quatre anys des del 1889. En cada ocasió s’estableixen les bases i les correccions que cal introduir, sobretot a mida que la tecnologia millora. Al principi, les unitats eren objectes físics que es guardaven a parís. El “metre patró”, per exemple, era una barra de platí-iridi que mesurava la deumilionèsima part del meridià terrestre. D’aquest patró es feien copies exactes que cada país guardava curosament.

De totes maneres, fer servir un objecte és poc exacte. És millor fer servir algun fenomen natural que es pugui mesurar amb precisió i que no s’alteri amb el pas del temps. Per això les unitats s’han anat redefinint i ara un segon és “la durada de 9.192.631.770 períodes de la radiació corresponent a la transició entre els dos nivells hiperfins de l’estat fonamental de l’àtom de cesi 133”. I amb el segon definit ja podem dir que el metre és “la distància recorreguda per la llum en el buit durant un 299.792.458è de segon”.

Però si mirem la definició que quilogram trobem que és la única unitat que no depèn de cap fenomen natural sinó que  encara és “la massa del prototip internacional del quilogram”. Una excepció lamentable que es manté des de fa massa temps. Això porta problemes. Per exemple, s’ha vist que des que es va fabricar aquell prototip ha perdut uns 50 micrograms (mil·lèsimes de mil·ligram). No sembla gaire, però en realitat és moltíssim. El motiu de la pèrdua no se sap, però potser quan el netejaven s’emportaven una mica del material i, al llarg dels segles, això s’acaba notant.

La llauna és que com que per definició un kilo és el que pesa aquell tros de metall, si allò ha perdut massa, el concepte de kilo també la perd. Absurd, però de moment és el que hi ha. Per això, una de les coses que es pretén a la reunió d’aquest any és trobar una nova definició de kilogram. Una que depengui d’algun fenomen natural.

Per definir-lo es farà servir una cosa anomenada “balança de Watt”, un sistema tècnicament molt complex que fa servir conceptes com el “quant de Planck”. Simplificant moltíssim aquesta balança permet mesurar la quantitat d’energia electromagnètica que cal per equilibrar l’atracció gravitatòria d’un objecte d’un kilo. Segurament amb aquest sistema s’aconseguirà definir el kilo d’una manera que ja no experimentarà variacions amb el temps però que serà força incomprensible per als profans. La definició que he llegit és “la massa tal que el quant d’acció de Planck sigui 6,62606896XX x 10-34 joule x segon” (el que deia: incomprensible).

Un dels problemes està en les dues XX que apareixen al final de la xifra. Encara no se saben amb prou precisió. De moment estem en un error de 5 parts en mil milions, però es pretén que l’error sigui només de dos parts en mil milions. Un problema tècnic que al final serà superat. Aleshores tindrem un “kilo 2.0” i podrem deixar l’actual “kilo analògic” com una curiositat del passat.

I, una curiositat final. El nou kilo pesarà 50 micrograms menys que l’original ja que ha de coincidir amb el patró actual que, per definició, és “el kilo”.

15 comentaris

  • Marc Bergés

    29/12/2014 21:12

    Vés per on, ara resulta que no sóc jo qui s’ha engreixat, sinó que és el quilogram el que s’ha fet més petit. Són bones noticies.

    Ja ho deia aquell home, que tot és relatiu…

  • Mari Killas

    08/03/2011 15:46

    esto es una jilipollez como una casa la ciencia es una mierda y todos vosotros tanbien

  • Daniel Closa

    08/02/2011 20:45

    He he. Tens raó. Estrictament no es diu kilo sinó quilogram. Digue’m que faig servir nomenclatura col·loquial de mercat :-D

  • Mar Notario

    08/02/2011 18:38

    Dani, quan parles de “Kilo”, t’estàs referint a quilogram, o a quilometre o quilojoules…?

  • Daniel Closa

    08/02/2011 18:10

    Tens raó. I de fet, aquest era un dels sistemes que es van proposar. No era amb l’electró sinó amb la massa d’un nombre precís d’àtoms de carboni12 o de silici. Però la precisió que s’aconseguia amb la balança de Watt era més gran.

  • Joana

    08/02/2011 17:31

    i no es podria definir el Kilo a partir de la massa de l’elecró, per exemple? Potser el problema és que no seria prou precís?

  • Daniel Closa

    07/02/2011 20:04

    Andreu. Si que es apassionant. Conec algun cas d’autèntica passió per com funciona tot això de les mesures precises :D I la cadena de patrons és ben be com la descrius.

    Núria Tomàs. OK. Si. Les balances s’han de calibrar amb copies exactes dels patrons oficials (en aquest cas del kilo patró). Així, sigui on sigui, la massa de referència es la mateixa en totes.

    Clidice. Aquest llibre el tinc a la llista de pendents.

  • Clidice

    07/02/2011 17:58

    Anava a dir el mateix que en Carquinyol respecte al pes del pa, el quilo que ja no és quilo ;) respecte a les mesures, recordo amb carinyo el llibre “El naixement del metre”, d’Enric Moreu-Rey, http://scg.iec.cat/Scg9/Scg91/S9102911.htm, que em va fascinar.

  • Núria Tomàs

    07/02/2011 14:30

    D’acord amb això, Dani. No m’he expressat bé. Com que justament és la mateixa massa no es pot extrapolar el concepte de quilogram com s’entén el quilogram a la societat. Suposo que defineixen el quilogram com la massa d’un objecte igual al tros de metall però a la realitat no és així i és fàcil pensar que si agafes el metall i el peses ha de marcar 1 kg. Per tant, al que em referia és que les balances que utilitzen, per exemple, en un comerç han de tenir en compte que la massa del que volen “pesar” un quilo no correspon al del pes = massa. Quan compres una balança en un lloc determinat, es calibra perquè aquesta massa de metall d’1 kg marqui realment 1kg?
    Ja he vist que la nova mesura tindrà en compte efectes gravitatoris. Llavors sí que utilitzarem la mesura de massa i pes com una de sola si es té en compte l’indret on es pren. Em perdo al pensar com ho volen fer…

  • Andreu

    07/02/2011 12:49

    Bon dia,
    això de la metrologia és apassionant. A priori sembla senzill, però esdevé un culde sac bastant complex.
    Voldria comentar com els efectes del nou patró ens arribaran a casa: La balança de la fruiteria, normalment té una etiqueta amb una data de calibració (o l’hauria de tenir per anar bé). Aquesta calibració es fa periòdicament (1, 2 anys) en un laboratori de referència. Aquest laboratori utilitza els seus patrons per calibrar tota la instrumentació que li arriba. A la seva vegada, el laboratori ha da calibrar els seus patrons amb altres patrons de jerarquia superior, establint-se així una jerarquia entre els laboratoris de metrologia que s’acaba amb l’oficina dels pesos i les mesures de París, allà on ens imaginem uns savis amb bata blanca manipulant el patró de kilo com si fos el sant Grial.
    Salut!

  • Daniel Closa

    07/02/2011 12:22

    Lukas3. La massa dependrà de la pressió a que estigui sotmesa. I per saber la pressió, primer cal tenir definit el kilo, de manera que entrem en un raonament circular. Per això la definició del kilo com “masa d’un litre d’aigua” no era prou bona.

  • Lukas4

    07/02/2011 11:57

    Un cop tenim definit el metre ¿quina és la massa d’un dau de 10 cm d’aigua pura a 20ºC? Potser és difícil d’obtenir tal objecte en els laboratoris.

  • Daniel Closa

    07/02/2011 11:38

    carquinyol. Els fornés s’avançen al seu temps.

    Núria tTomàs. Al tanto!. El pes varia segons l’indret, però la massa no. I el kilogram és una unitat de massa, de manera que no hi ha problema. Amb la balança de Watt si que cal tenir en compte el camp gravitatori i un grapat de paràmteres més, però com que es coneixen, en principi queda resolt.

  • Núria Tomàs

    07/02/2011 11:27

    Curiós això del quilogram. No m’ho havia plantejat mai però aquest tros de metall tampoc pesa el mateix en un punt o un altre de la Terra. Saps si està definit en un lloc concret? Amb això de la Balança de Watt aquest problema deurà quedar aclarit.

  • Carquinyol

    07/02/2011 9:54

    Un kilo que no és kilo !!! Això començarà a semblar la llista de pesos de les fleques !