Un metro es, por definición, la distancia que recorre la luz en 1/299792458 segundos. Y un grado Kelvin, una fracción de 1/273,16 partes de la temperatura que alcanza el agua en su "punto triple" (cuando los tres estados de esa materia -sólido, líquido y gaseoso- coexisten a la vez). Son dos definiciones farragosas, aunque exactas. En cambio, ¿se ha preguntado alguna vez qué es un kilogramo? O mejor dicho: ¿se ha preguntado por qué?

Desde 1.889, un cilindro metálico, compuesto por una aleación de platino e iridio y conocido como el "Prototipo Internacional" le dice al mundo cuánto "pesan" las cosas. A la hora de medir las toneladas de hierro que necesitará un petrolero para su construcción, o cuántos microgramos de plata debe tener un determinado componente electrónico, la referencia universal para la masa es siempre ese cilindro, y las copias que muchos países (entre ellos España) guardan de él.

Custodiada en las instalaciones que la Oficina Internacional de Pesos y Medidas tiene Sèvres, cerca de París, esta pequeña barra metálica rige la economía del mundo habiendo perdido unos 50 microgramos en sus casi 120 años de vida, y con el riesgo constante de que, si se destruye ese prototipo, desaparezca el estándar internacional de masa. Para colmo, las definiciones de otras unidades básicas tienen relación con la del kilogramo. Así, las mediciones que trabajan con el amperio, la candela o el mol, se ven a menudo afectadas por la incertidumbre en la definición del tipo "un kilo es igual al prototipo internacional".

El último patrón

Desde hace décadas, los investigadores han trabajado para sustituir la definición clásica de las siete unidades básicas del sistema internacional -los patrones- y hacer que se refieran en su lugar a propiedades físicas fundamentales. Y lo han conseguido ya con todas, menos con una: la de masa. La dificultad de establecer una relación entre un fenómeno físico absoluto y el kilo actual ha obligado a que el planeta siga echando cuentas con el cilindro de platino e iridio como referencia.

Sin embargo, los continuos avances científicos han hecho que la precisión de los métodos para medir el mundo que nos rodea hayan mejorado sustancialmente en los últimos años, y la Conferencia Internacional de Pesos y Medidas se plantea ahora si ha llegado ya el momento de jubilar al anciano patrón-kilo.

De entre las muchas maneras que los científicos proponen -desde hace décadas- para definir el kilogramo respecto a un fenómeno físico absoluto, destacan dos: el "proyecto Avogadro", y la conocida como balanza de Watt, o balanza de potencia. Ninguna de las dos se ha convertido aún en el modo oficial para calcular cuánto es un kilogramo, pero la Conferencia Internacional de Pesos y Medidas que se reunirá este año podría optar definitivamente por una de ellas y desterrar el prototipo internacional al museo.

El proyecto Avogadro, y la masa a partir del volumen

La primera de las aproximaciones a la pregunta de qué es un kilo es la del Proyecto Avogadro. Varios laboratorios se han unido para crear una esfera casi perfecta, fabricada a partir de cristal de silicio. La idea consiste en realizar una medición ultra-precisa de esa esfera que permita calcular el número de átomos que contiene a partir de una constante física universal, la constante de Avogadro, que relaciona la masa (y el volumen) con la cantidad de materia, expresada en átomos.

En su definición teórica, equivale al número de átomos de carbono 12 que hay en 12 gramos de dicho elemento. O dicho de otra forma: un kilogramo puede definirse como la masa de 1000/12 multiplicada por el número de Avogadro de átomos de Carbono-12.

A partir de esta definición, que es absoluta y universal, y utilizando un material estable, con propiedades bien conocidas, y que es fácil de manipular y de medir, como es el cristal de silicio, el Proyecto Avogadro trata de obtener un objeto que pese exactamente un kilogramo, mediante procedimientos ópticos de medición: conocida la cantidad de sustancia, y conforme al número de Avogadro, se conoce su masa.

Ese objeto, fabricado en el Centro Australiano de Óptica de Precisión, es una esfera casi perfecta (hay quien dice que será el objeto más redondo fabricado nunca por el hombre), y debe ser pulida hasta que las mediciones de su volumen permitan calcular con un margen de error inferior a uno entre cien millones que el número de átomos de silicio que contiene equivale a un kilogramo.

La balanza de Watt

Junto a la esfera de silicio, la otra promesa de la ciencia mundial para redefinir el kilogramo es la conocida como balanza de potencia o de watt, y según algunas fuentes, es también la que más probabilidades tiene de terminar sustituyendo al prototipo internacional. En este caso se utiliza otro fenómeno físico absoluto para definir al kilogramo: la constante de Planck.

Aunque su funcionamiento es mucho más complicado de explicar que el de los interferómetros que permiten conocer el volumen y la cantidad de sustancia de una esfera de silicio, la balanza de watt permite determinar a qué masa equivale un kilogramo. Para ello, la balanza determina cuánta energía es necesaria para generar una fuerza electromagnética que sea capaz de equilibrar la atracción gravitatoria de un objeto de un kilo de masa.

La principal ventaja de este aparato de medición, con el que ya trabaja la oficina internacional de pesos y medidas, es su precisión, ya que su incertidumbre se calcula ya en 5 entre 1.000 millones. Un margen de error muy respetable, pero que sigue sin embargo lejos de las 2 partes entre 1.000 millones que exige la Oficina para jubilar al cilindro metálico.