Arriba la fi del quilo

Amb algunes notables excepcions, tots els països del món han anat adoptant el sistema mètric decimal, fruit del desig dels revolucionaris francesos de disposar d’unitats de mesura fixes i universals, uns patrons lligats tant com es pugui a coses permanents, i que es va establir el 27 d’octubre de 1790 per l’Acadèmia de Ciències de París. En aquest sistema les unitats fonamentals de longitud, massa i temps són, respectivament, el metre, el quilogram (que ha substituït l’original gram) i el segon. Avui dia el sistema internacional d’unitats es completa amb el corrent elèctric, la temperatura termodinàmica, la quantitat de substància i la intensitat lluminosa, amb les seves unitats respectives, ampere (A), kelvin (K), mol (mol) i candela (cd).

Els patrons de les unitats de longitud i de massa eren dues peces de platí i iridi que el 1799 es van dipositar al Museu Internacional de Peses i Mesures de París. El segon es relacionava amb la duració del dia.

Com el seu nom indica, el sistema és decimal, es fa en base 10. De fet, Pierre Simon Laplace va proposar el sistema decimal a ultrança, propugnant una hora de 100 minuts (del llatí prima minuta, 'molt petit') i un minut de 100 segons minuts (secunda minuta), mentre que el marquès de  Condorcet va defensar hores de seixanta minuts i minuts de seixanta segons, rememorant les numeracions babilòniques. L'opinió de Condorcet de trencar la decimalitat es va imposar, a canvi d'acceptar que la setmana tingués deu dies en el calendari de la Revolució.

Però des d’aquell moment les coses han evolucionat molt.  Els científics i la societat tecnificada i globalitzada han necessitat precisar les definicions i relacionar-les amb constants fonamentals de la natura, de manera que sigui més fàcil la seva permanent reproductibilitat, i no amb objectes materials, com certs prototips conservats a París.

La Convenció del Metre establerta el 1875, i de la qual Espanya va ser membre des de l’inici, va crear el Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), que és l'organització intergovernamental a través de la qual els estats membres “actuen conjuntament en matèries relacionades amb la ciència de la mesura i en l’establiment dels seus patrons” i publica les magnituds i les unitats bàsiques. Ho fa i actualitza mitjançant la convocatòria cada quatre anys de la Conferència General de Pesos i Mesures (CGPM).

Així el 1960, el BIPM va establir una nova definició de metre. S’abandonava d'aquesta manera el patró de París (obtingut a partir de la longitud del meridià de la Terra) i s’establia el metre com la longitud igual a 1.650.763 longituds d'ona, en el buit, de la línia de transició entre els nivells 2p¹⁰ i 5d⁵ de l’isòtop 86 del criptó. El 1967, es va abandonar la definició de segon com una part del dia solar mitjà i es va definir com el temps corresponent a 9.192.631.770 períodes de la radiació d’un àtom de l’isòtop 133 del cesi entre dos nivells hiperfins del seu estat fonamental; el 1997 es va precisar que l’àtom de cesi havia d’estar en repòs i a una temperatura de 0 graus Kelvin.

En un intent de relacionar els patrons amb les constants fonamentals de la natura, el 1983 es va tornar a modificar la definició metre a partir del segon i de la velocitat de la llum en el buit, a la qual se li va assignar un valor definit c = 299.792.458 m · s⁻¹, sense error, de manera que el nou metre és la distància que la llum recorre en un temps d'1/299.792.458 segons en el buit.

Però a pesar de tota aquesta precisió, el patró de quilogram segueix sent l’anomenat prototip internacional de quilogram (PIK), un cilindre de platí i iridi, de 39 mil·límetres d’altura i igual diàmetre, guardat a l'Oficina Internacional de Peses i Mesures de París. Malgrat tots els inconvenients i que el PIK està subjecte a la contaminació superficial reversible, que s'aproxima a 50 micrograms, o més, en els darrers cent anys i periòdicament s’ha hagut de netejar d’una manera específica.

El prototip internacional de quilogram (PIK) que es conserva al Museu de París.

Per superar aquestes imprecisions, el 1999 el BIPM va recomanar que els laboratoris de tot el món continuessin els seus treballs per relacionar la unitat de massa amb constants fonamentals, com ara la constant de Planck, o constants atòmiques, de cara a “una futura redefinició del quilogram” que es preveia per al 2018.

Dos plantejaments van ser els més prometedors. Un es basa en el nombre d’Avogadro, el nombre d’àtoms que hi ha en 12 grams de carboni-12, uns 6,02 × 10²³ àtoms, i l’altre involucra la constant de Planck, la relació entre energia i freqüència (E = hf ). Aquest segon plantejament es basa en el concepte de mesurar la massa en termes de la seva energia equivalent, amb l’equació E = mc², i definir la massa en termes de la quantitat d'energia en què es podria convertir.

La balança de Kibble NIST-4, de l’Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia, que ha mesurat la constant de Planck amb una precisió de 34 parts per mil milions, serà la que permetrà redefinir el quilogram.

Finalment aquest darrer plantejament és el que s’ha imposat entre la comunitat científica i, si no hi ha cap novetat, a la propera Conferència General de Pesos i Mesures que es reunirà a Versalles del 13 al 16 de novembre, es decidirà que, a partir del 20 de maig de 2019, es modificarà el Sistema Internacional d’Unitats de manera que una altra de les constants fonamentals de la natura, la constant de Planck, h, serà igual a 6,626.070 15 × 10⁻³⁴ J·s (joules per segon) i com que 1J = kg · m²/s^–2 ja tindrem establerta la nova definició de la unitat de massa en funció del metre i el segon definits en funció de la freqüència del cesi 133: el quilogram (kg) es definirà prenent el valor numèric fix de la constant de Planck (h) igual a 6,626.070 15 × 10^–34 J·s.

Serà el final del PIK.