El Objeto Más Redondo del Mundo

Key Concepts

• Kilogramo: Unidad base de masa en el Sistema Internacional de Unidades (SI).
• Grave: Nombre original para la unidad de masa en el sistema métrico.
• Kilogramo Prototipo Internacional (la Gran K): Cilindro de platino-iridio que define el kilogramo.
• Constante de Avogadro: Número de átomos en 12 gramos de carbono-12.
• Silicio-28: Isótopo puro de silicio utilizado para crear la esfera.
• Balanza de Watt: Instrumento utilizado para fijar la constante de Planck y redefinir el kilogramo.

Historia del Kilogramo

• Definición Original (1793): El "grave" se definió como el peso de un decímetro cúbico de agua a la temperatura de fusión del hielo (0 °C).
• Cambio a Kilogramo: Debido a la Revolución Francesa y la similitud de "grave" con el título "Graf", se adoptó el "kilogramo" (mil gramos).
• Kilogramo de los Archivos (1799): Se creó un cilindro de platino puro con la misma masa que un litro de agua a 4 °C (su punto de máxima densidad). Este cilindro se convirtió en la definición del kilogramo.
• Kilogramo Prototipo Internacional (1889): Se mejoró el estándar con un cilindro de aleación de platino e iridio, conocido como "la Gran K". Este objeto físico ha definido el kilogramo desde entonces.

El Problema con la Gran K

• Inestabilidad de la Masa: Las réplicas de la Gran K, hechas con la misma aleación y almacenadas en condiciones similares, mostraron variaciones en su masa con el tiempo. Estas diferencias alcanzaron hasta 50 microgramos (el peso de una huella dactilar).
• Dependencia de un Objeto Físico: El hecho de que el kilogramo se defina por un objeto físico que puede cambiar su masa es un problema fundamental para la precisión y estabilidad del sistema de medición.
• Implicaciones: La inestabilidad del kilogramo afecta a otras unidades base del SI (cuatro de siete dependen de la masa) y a las unidades derivadas como newtons, joules, voltios y vatios.

La Esfera de Silicio-28

• Objetivo: Redefinir el kilogramo basándose en una constante fundamental de la naturaleza en lugar de un objeto físico.
• Material: Se utiliza una esfera de silicio-28, un isótopo puro de silicio, para garantizar la uniformidad y precisión.
• Proceso de Fabricación:
  1. Se parte de una esfera más grande.
  2. Se pule la esfera con abrasivos a nivel atómico para lograr la máxima redondez.
• Medición del Diámetro: Se mide el diámetro de la esfera con láseres, colocándola en el centro de una cavidad y midiendo el espacio resultante.
• Cálculo del Número de Átomos: Conociendo el diámetro y la estructura atómica del silicio, se puede calcular el número de átomos en la esfera.
• Redefinición de la Constante de Avogadro: El número de átomos en la esfera se utilizaría para fijar la constante de Avogadro, que a su vez definiría el kilogramo.

Beneficios de la Redefinición

• Independencia de Objetos Físicos: La definición del kilogramo se basaría en una constante fundamental, eliminando la dependencia de un artefacto físico.
• Estabilidad y Precisión: La nueva definición sería más estable y precisa a largo plazo.
• Impacto: Incluso si la esfera de silicio se perdiera o dañara, la definición del kilogramo no se vería afectada.

La Balanza de Watt como Enfoque Complementario

• Fijación de la Constante de Planck: La Balanza de Watt es otro enfoque para redefinir el kilogramo, que implica fijar la constante de Planck.
• Verificación Cruzada: Ambos enfoques (esfera de silicio y Balanza de Watt) son complementarios y sirven como verificación cruzada.
• Objetivo: Si ambos métodos concuerdan y reducen sus incertidumbres a aproximadamente veinte microgramos, se podría redefinir el kilogramo.

Conclusión

La redefinición del kilogramo busca reemplazar la dependencia de un objeto físico inestable (la Gran K) con una definición basada en constantes fundamentales de la naturaleza. La esfera de silicio-28 y la Balanza de Watt son dos enfoques complementarios que podrían lograr este objetivo, garantizando una unidad de masa más estable, precisa y universal. Antoine Lavoisier, quien estuvo involucrado en la definición original del kilogramo, también concibió el silicio, lo que lo convierte en una figura clave en la historia de esta unidad de medida.