Por Alejandro Zamponi. Fotos y video: Pablo Carrera Oser

Con el voto unánime de 64 países, la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) aprobó en París (Francia) la modificación de las definiciones de las unidades de medida de base, principalmente para el kilogramo, el ampere, el kelvin y el mol. Se trata de un hecho histórico que docentes y autoridades del Instituto de Calidad Industrial (INCALIN) del INTI y la UNSAM celebraron desde su sede del Polo Tecnológico de San Martín.

“Los cambios sirven para tener un sistema internacional de unidades con mayor estabilidad y posibilidades de realizar las unidades en cualquier lugar. En este sentido, son una expresión del avance científico y tecnológico de la humanidad”, explica Joaquín Valdés, decano del INCALIN. “A más de un siglo de la primera definición del kilogramo, la tecnología, la ciencia y el avance de la humanidad requieren unidades de medida más estables. Hoy se decidió que el kilogramo dejará de ser la masa de un cilindro de platino e iridio guardado bajo tres llaves en una bóveda subterránea de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en París”, detalla el especialista.

La nueva definición del kilogramo está basada en la fijación del valor de la constante de Planck (h). Asimismo, se redefinieron el ampere sobre la base de la carga del electrón (e); el kelvin por la constante de Boltzmann (k) y el mol por la constante de Avogadro (NA). Es decir que ya no quedan unidades definidas en base a propiedades de artefactos que puedan cambiar con el tiempo.

La Oficina Internacional de Pesos y Medidas nació en 1875, después de la Revolución Francesa y de la primera Revolución Industrial, cuando Francia invitó a todos los países del mundo a adherir al sistema métrico decimal. La Argentina fue uno de los 17 países que firmó el tratado diplomático de la Convención del Metro, de la mano de su embajador Mariano Balcarce, yerno del General San Martín.

Hoy la organización está integrada por más de 100 países, de los cuales 64 son miembros plenos con derecho a voto —la Argentina,  entre ellos—. Además, tiene un Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) integrado por 18 profesionales de todo el mundo. Uno de ellos fue el mismo Valdés, quien integró el Comité entre 1999 y 2015. Cabe destacar que el secretario académico del INCALIN, Hector Laiz, ingresó al organismo en 2016 siendo parte de la votación realizada el viernes 16 de noviembre por la Conferencia General de Pesas y Medidas.

En esta entrevista, Valdés habla de la importancia de esta histórica modificación y define el rol del INCALIN en relación con la misma.

¿Qué relación tiene la UNSAM con el último anuncio de la Conferencia General de Pesas y Medidas?

La UNSAM tiene la única escuela de metrología —la ciencia de las mediciones— de la Argentina. Eso se debe al nacimiento del INCALIN asociado al Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI), que es la autoridad nacional en materia de metrología. Todo lo que se mide en el país, desde la energía eléctrica que se consume hasta la nafta que se carga en los vehículos, además de todo lo vinculado con la ciencia básica, se refiere a patrones que se desarrollan en el INTI. La creación del INCALIN posibilitó la estructuración de una oferta educativa integral y sostenida en cuestiones de metrología.

¿Qué cambiará a partir del 20 de mayo de 2019, cuando entren en vigencia las nuevas definiciones?

Primero aclaramos que las unidades de medida que entrarán en vigencia en esa fecha son las referidas a masa (el kilogramo), corriente eléctrica (el ampere), temperatura (el kelvin) y cantidad de materia (el mol).

La redefinición que más llama la atención al público general es la del kilogramo. Hasta hoy todo lo que se pesa guarda relación con una única pesa que está en París guardada bajo tres llaves. Ese cilindro de 120 años pudo haber disminuido su masa en el orden de una octava cifra decimal —50 microgramos son 0,00000005 kg—.

¿No es muy poco?

Es muy poquito para la vida cotidiana; incluso también para la industria y el comercio, que basan sus actividades en mediciones de masa, pero tiene significación por la dependencia actual de un artefacto, algo que no es muy práctico. La idea de reemplazar el cilindro surgió décadas atrás, pero ser requería que el cambio no alterara el status quo más que en la octava cifra decimal, que es el margen de error atribuible al prototipo actual. La alteración de la séptima cifra decimal tendría implicancias industriales, comerciales y legales. Aunque en la vida cotidiana este cambio ahora no se va a notar, es relevante para la ciencia y para el futuro. A partir del año que viene todas las unidades estarán basadas en constantes de la naturaleza, que no cambian.

¿Cómo es eso?

Hace 40 años se concibió el primer experimento para reemplazar el kilogramo patrón por un kilogramo eléctrico. La idea se basó en la comparación de la fuerza de gravitación propia de una pesa con la fuerza electromagnética obtenida al hacer circular corriente a través de una bobina inmersa en un campo magnético. Por cuestiones que tienen que ver con la física cuántica, cuando nos metemos con la electricidad puede aparecer la constante de Planck.

El otro abordaje fue contando átomos. Se pensó en construir una pesa de un único elemento químico para luego contar los átomos en su interior y redefinir así el kilogramo asimilando su valor a un múltiplo de la masa de un átomo. Este segundo caso requería la capacidad tecnológica de contar con un margen de error de más o menos un átomo cada cien millones de átomos de silicio. Dicho método está asociado a la constante de Avogadro, un físico italiano que descubrió que la masa molecular de cualquier elemento químico, expresada en gramos, tiene la misma cantidad de átomos.

¿Qué método quedó?

¡Quedaron los dos! En 2005 disputábamos en el Comité Internacional entre elegir un kilogramo eléctrico o un kilogramo atómico. Se acordó en redefinir el kilogramo fijando la constante de Planck; y el mol, fijando el número de Avogadro. No obstante, al notar que las constantes de Planck y de Avogadro están relacionadas por ecuaciones de la física se puede realizar el kilogramo por cualquiera de los dos métodos, dado que ambos vinculan una masa con la constante de Planck. Eso es lo que se aprobó este viernes. En 2005 la discrepancia entre ambos experimentos estaba en la sexta cifra decimal. En estos 13 años se redujo hasta la octava. Entonces este es el momento de provocar la redefinición. Desde 1889 vivimos con el artefacto prototipo del kilogramo.

¿En la Argentina cuál vamos a utilizar?

Todavía son muy pocos países los que tienen la capacidad de hacer estos experimentos con incertidumbres en la octava cifra decimal. Por ejemplo, Estados Unidos y Canadá, a través de sus institutos nacionales de metrología, eligieron el camino de la balanza del watt; Alemania y Japón focalizaron el esfuerzo en la esfera de silicio. Otros pocos países están también cerca de lograr esas incertidumbres.

El cambio democratiza el patrón de medición, pero no cualquiera puede obtenerlo. ¿Es así?

Es mejor que por ahora haya cuatro o cinco a que haya solo uno. Esperamos que a la brevedad haya unos diez. Se piensa en diseños de balanzas que no sean tan complejos pero que puedan aproximarse a ese valor. Esperamos que prosperen realizaciones más factibles. En el INTI se realizan las unidades eléctricas sobre la base de efectos cuánticos relacionados con la constante de Planck y la carga del electrón, y es allí donde se percibirá el impacto de este cambio. Al fijar los valores de esas dos constantes se gana en exactitud en toda la cadena de mediciones eléctricas. Partimos del volt realizado por efecto Josephson y el ohm por efecto Hall cuántico. Los descubridores de ambos efectos merecieron el Premio Nobel de Física. Hoy integramos el grupo de aproximadamente 30 países que manejan estas tecnologías.

¿Es el último cambio?

Con este cambio ordenamos la electricidad. Estábamos viviendo con dos sistemas de unidades eléctricas. Uno, el sistema internacional basado en una definición del ampere que remite a la fuerza entre dos conductores que transportan corriente eléctrica, y el otro el cuántico, que remite al efecto Josephson y el Hall cuántico, pero que no se pudieron oficializar hasta ahora porque necesitaban valores fijos para la constante de Planck y la carga del electrón. Entonces a partir de este cambio se ordena en la electricidad. Pero en la magnitud masa subsisten dos unidades. Esto casi nadie lo está diciendo: el kilogramo no es la unidad de masa en el ámbito atómico molecular. Allí seguirán basándose en el dalton, la unidad de masa atómica, definida como la doceava parte de la masa del átomo de carbono12.

¿Tiene solución?

La comparación de masas atómicas se realiza con una precisión de dos órdenes de magnitud mejor que la actual al nivel del kilogramo. El desafío para los próximos 20 o 30 años es que estas u otras tecnologías progresen hasta mejorar la realización del kilogramo con 10 u 11 cifras decimales, en vez de 8. Entonces se podrían unificar las dos unidades de masa: el kilogramo y la unidad de masa atómica. Por ahora “de eso no se habla”, se festeja haber asegurado la octava cifra decimal.

¿Cuál es rol del INCALIN ante estos cambios?

Este gran cambio encontrará a la mayoría de las universidades con una gran cantidad de docentes de todo el mundo que todavía no están actualizados en los pormenores de las nuevas definiciones. En la UNSAM ya hace como 10 años que formamos a nuestros estudiantes para que sepan lo esencial del cambio que se acaba de aprobar.

Ahora estamos escribiendo un libro sobre el nuevo sistema internacional de unidades que esperamos lanzar en mayo de 2019 a través de UNSAM Edita. Aspiramos a que sirva a todos los docentes de las físicas básicas de las carreras de ingeniería y ciencias exactas. No se puede hablar de hacer experimentos o fabricar algo sin medir, y esto es lo que se enseña ya desde el primer año de cualquier carrera tecnológica, inclusive en el nivel de colegios secundarios.

 ¿Cómo llega un argentino del INTI y del INCALIN a integrar ese Comité Internacional de sólo 18 miembros?

Los miembros del Comité Internacional no son formalmente “representantes” del país. Al comité se accede por currículo y no puede haber más de uno por país, además de que se contempla un criterio de distribución regional. Cuando se produce una vacante se elige provisoriamente otro miembro, que luego debe ser confirmado en la Conferencia General. Cada 4 años se renuevan. Después de haber participado durante 16 años decidí no aplicar para un turno más. Ahora es miembro del Comité Hector Laiz, nuestro secretario académico del INCALIN, quien además es gerente de INTI, por mérito propio.

¿Cómo se explica este reconocimiento?

Además de los antecedentes científicos personales se reconoce la capacidad de organización para que el país tenga un lugar importante en la actividad metrológica y pueda participar de las comparaciones regionales e internacionales con un buen desempeño. La capacidad de medir requiere un sustento científico-tecnológico que no todos tienen. La presencia de la Argentina en este ámbito se debe no sólo a méritos personales —tal vez el mérito arranque en los tiempos de aquellos próceres argentinos que decidieron que esto era importante e instruyeron a Mariano Balcarce para que participe del acuerdo—. Luego continúa la trayectoria con una Argentina que desempeña un rol importante en Latinoamérica. Después de Canadá y Estados Unidos, los tres institutos que más desarrollaron la metrología fueron el INMETRO de Brasil, el Centro Nacional de Metrología de México y el INTI de la Argentina. Todo el Sistema Interamericano de Metrología se originó en el INTI. Es decir que hay un reconocimiento a una trayectoria colectiva.

¿Y después qué pasó?

La industria petrolera y automotriz, en el marco de la visión desarrollista post Frondizi, le pidió al INTI que formule patrones y eso se logró gracias a la cooperación con Alemania. Ahí se estableció un vínculo que duró más de 40 años. En ese intervalo se formaron como 200 personas del INTI en ese país. Todo eso hace que después alguien pueda ser reconocido en el exterior. Hay visiones previas que nos llevan a ocupar un lugar en el mundo de la metrología.

Por otro lado, el INCALIN nace luego de la creación de la UNSAM inspirado en los Institutos Balseiro y Sabato, de CNEA en asociación con universidades. Hasta la creación del INCALIN, en el INTI dábamos cursos sueltos a empresas o a escala regional. No había una oferta consistente, sólida y duradera. Fuimos hacia algo que también tienen muchos otros países desarrollados: asociaciones entre universidades e instituciones. Por caso, tanto Laiz como yo hemos hecho nuestro doctorado en la Universidad de Braunschweih, asociada al PTB, el Instituto de Metrología Alemán.

¿Qué tienen en común la metrología y la industria?

De hecho, ya que mencioné al PTB, hay una historia que responde la pregunta. El PTB fue fundado por Werner von Siemens, quien tuvo una visión después de que se creó el Buró Internacional con sede en Francia. Dijo: “Quiero un instituto de metrología en Alemania; no uno internacional”, porque su visión era que la industria alemana fuera la de mejor calidad del mundo. Que todos dijeran “Made in Germany, ahh eso es lo mejor”. La base para lograrlo era contar con las mejores capacidades de medición para la industria y para eso, necesitaba un instituto de metrología. Fue la visión de un industrial, pero que puso a cargo del instituto a un destacado científico: von Helmholtz, quien desarrolló las bobinas que resultaron tan útiles. ¡Pero además tenía un consejo asesor, que en determinado momento estuvo integrado por Planck, Einstein y Heisenberg! Eso muestra la relación que hay entre ciencia, tecnología, industria, calidad y metrología.

De ahí abrevamos nosotros. Con el INCALIN nace la formalización de transferir este conocimiento en forma regular, ordenada y sistemática para formar profesionales y técnicos. El desafío continúa: cambia todo, estamos en presencia de la cuarta revolución industrial.

Para ver nota relacionada, clic aquí.

Para ver la serie de canal Encuentro “En su justa medida” sobre metrología con especialistas del INCALIN, clic aquí.

INCALIN, kelvin, kilogramo, masa, metrología, mol, planck, unidades de medidas, Valdés

---