Propuesta de redefinición del Sistema Internacional de Unidades (SI)

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El Sistema Internacional de Unidades (SI), establecido por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM), está fundamentado en las siguientes siete unidades de base:

Unidades de base del SI 
Nombre Símbolo Magnitud correspondiente
metro m Longitud
kilogramo kg Masa
segundo s Tiempo
ampere A corriente eléctrica
kelvin K temperatura termodinámica
mol mol cantidad de sustancia
candela cd intensidad luminosa


La masa es la única unidad de base que aún está definida en términos de un artefacto físico, el prototipo internacional que se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM, por sus siglas en francés). Tomando en consideración que se ha detectado una deriva en la masa de las copias del prototipo internacional a lo largo de los años, se infiere que el prototipo, que está fabricado del mismo material y con las mismas técnicas que sus copias, debe estar experimentando también una variación, aunque no es posible cuantificar en qué medida, debido a que no existe una referencia estable contra la cual pueda ser comparado.

Por lo anterior, la Resolución N° 7, de la 21ª CGPM, en 1999, recomendó a los Institutos Nacionales de Metrología (INM) continuar sus esfuerzos para refinar los experimentos que ligan la masa del kilogramo a constantes fundamentales.

A partir de las discusiones realizadas en el seno del Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM), el Comité Consultivo para la Masa y Magnitudes Relacionadas (CCM) y otros foros como la Académie des Sciences, de Francia, y la Royal Society, del Reino Unido, surgieron propuestas para redefinir también otras tres unidades de base, que no están referidas a constantes universales, como son el kelvin, el ampere y el mol.

La Resolución 12 de la 23ª CGPM, realizada en 2007, recomendó a los INM y al BIPM:
  • continuar con experimentos relevantes para que el CIPM pueda decidir si es posible redefinir el kilogramo, el ampere, el kelvin y el mol en términos de constantes fundamentales, en ocasión de la 24ª CGPM, en 2011,
  • trabajar con el CIPM, sus comités consultivos y grupos de trabajo en la definición de métodos prácticos de realización de las unidades basadas en constantes fundamentales, así como en la preparación de explicaciones apropiadas para diseminar entre los usuarios estas nuevas definiciones e
  • iniciar campañas de concientización para alertar a las comunidades de la posibilidad de las redefiniciones y discutir las implicaciones técnicas y legales que pudieran tener tales redefiniciones y sus realizaciones prácticas.
En la 24ª CGPM, a realizarse en octubre de 2011, se discutirá una propuesta en la que se propone modificar las definiciones de las unidades de base del SI, para relacionarlas exclusivamente con constantes fundamentales o propiedades de los átomos, una vez que se concluyan los experimentos para determinar con suficiente exactitud la constante de Planck, h, la carga elemental, e, la constante de Boltzmann, k, y el número de Avogadro, NA, de la siguiente manera:

Propuesta de redefinición de las unidades de base del SI

Nombre

Definición actual

Definición propuesta

metro Es la longitud de la trayectoria recorrida por la luz en el vacío, en un lapso de 1/299 792 458 segundos. El metro, símbolo m, es la unidad de longitud; su magnitud se establece fijando el valor numérico de la velocidad de la luz en el vacío exactamente igual a 299 792 458 cuando se expresa en la unidad m s-1
kilogramo Es la masa igual a la del prototipo internacional del kilogramo. El kilogramo, símbolo kg, es la unidad de masa; su magnitud se establece fijando el valor numérico de la constante de Planck exactamente igual a 6.626 06X ×10-34 cuando se expresa en la unidad s-1 m2 kg, la cual es igual a J s
segundo Es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del cesio 133. El segundo, símbolo s, es la unidad de tiempo; su magnitud se establece fijando el valor numérico de la frecuencia de separación hiperfina del estado de base del átomo de cesio 133, en reposo y a una temperatura de 0 K, exactamente igual a 9 192 631 770 cuando se expresa en la unidad s-1, la cual es igual a Hz.
ampere Es la intensidad de una corriente constante que, mantenida en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable, colocados en el vacío a un metro de distancia entre sí, producirá entre ellos una fuerza igual a 2 ×10-7 newton por metro de longitud. El ampere, símbolo A, es la unidad de corriente eléctrica; su magnitud se establece fijando el valor numérico de la carga elemental exactamente igual a 1.602 17X ×10-19 cuando se expresa en la unidad s A, la cual es igual a C
kelvin Es la fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. El kelvin, símbolo K, es la unidad de temperatura termodinámica; su magnitud se establece fijando el valor numérico de la constante de Boltzmann exactamente igual a 1.380 6X ×10-23 cuando se expresa en la unidad s-2 m2 kg K-1, la cual es igual a J K-1
mol Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales como existen átomos en 0.012 kg de carbono 12. El mol, símbolo mol, es la unidad de cantidad de sustancia de una entidad elemental especificada, la cual puede ser un átomo, una molécula, un ion, un electrón o cualquier otra partícula o grupo especificado de tales partículas; su magnitud se establece fijando el valor numérico de la constante de Avogadro exactamente igual a 6.022 14X ×1023 cuando se expresa en la unidad mol-1
candela

Es la intensidad luminosa en una dirección dada de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 ×1012 Hz y cuya intensidad energética en esa dirección es 683 watt por esterradián.

La candela, símbolo cd, es la unidad de intensidad luminosa en cualquier dirección; su magnitud se establece fijando el valor numérico de la eficacia luminosa de la radiación monocromática de frecuencia 540 ×1012 Hz exactamente igual a 683 cuando se expresa en la unidad s3 m-2 kg-1 cd sr, o cd sr W-1, la cual es igual a lm W-1



Donde el símbolo X representa uno o más dígitos adicionales que serán añadidos a los valores numéricos de la constante de Planck, h, la carga elemental, e, la constante de Boltzmann, k y el número de Avogadro, NA, empleando valores basados en los ajustes más recientes del CODATA.

El kilogramo, el ampere, el kelvin y el mol estarían definidos indirectamente, al especificar explícitamente el valor exacto de alguna constante universal conocida ampliamente. Por otro lado, las definiciones del segundo, el metro y la candela son esencialmente iguales a las anteriores, pero se propone cambiar su redacción para facilitar su comprensión, estableciendo un patrón uniforme para las definiciones de todas las unidades de base.

Una de las principales limitaciones para llevar a cabo esta redefinición es la discrepancia que existe entre los valores de la constante de Planck que se obtienen, por una parte, a partir del experimento de la balanza del watt, y por otra de la medición del número de Avogadro con esferas de silicio, que actualmente es mayor que la incertidumbre estimada para ambas mediciones. El Comité Consultivo para la Masa y Magnitudes Relacionadas ha propuesto los criterios para proceder a la redefinición del kilogramo de la siguiente manera: se deben reportar por lo menos tres experimentos independientes, por lo menos uno empleando la balanza del watt y uno con esferas de silicio, que midan la constante de Planck con una incertidumbre menor o igual a cinco partes en 108, por lo menos uno de ellos con una incertidumbre menor o igual a dos partes en 108, siendo todas ellas consistentes con un nivel de confianza de 95 %.

En la fecha elegida para que tome efecto esta redefinición, los siguientes valores que anteriormente se consideraban exactos, mantendrían el mismo valor pero con una incertidumbre asociada:
  • La masa del prototipo internacional del kilogramo m(K) será exactamente 1 kg pero con una incertidumbre relativa igual a la del valor recomendado de h justo antes de la redefinición y su valor subsecuente será determinado experimentalmente,
  • La constante magnética (permeabilidad en el vacío) μo será exactamente 4p ×10 -7 H m -1 pero con una incertidumbre relativa igual al valor recomendado de la constante de estructura fina a y su valor subsecuente será determinado experimentalmente,
  • La temperatura termodinámica del punto triple del agua TTPW será exactamente 273.16 K pero con una incertidumbre relativa igual a la del valor recomendado de k justo antes de la redefinición y su valor subsecuente será determinado experimentalmente,
  • La masa molar del carbono 12 M(12C) será exactamente igual a 0.012 kg mol-1 pero con una incertidumbre relativa igual a la del valor recomendado de NA justo antes de la redefinición y su valor subsecuente será determinado experimentalmente.
La fecha exacta en la que tomaría efecto este redefinición dependerá del éxito de los esfuerzos para medir las constantes fundamentales, especialmente la constante de Planck. No es posible predecir esta fecha con exactitud pero los avances que se han realizado en los últimos años sugieren que no terminará esta década sin que se logre este objetivo. Los antecedentes, discusiones y detalles técnicos de esta propuesta pueden encontrarse en el portal del BIPM: http://www.bipm.org/en/si/new_si/
 

Más información:
Dr. Ismael Castelazo Sinencio
Director de Servicios Tecnológicos
ismael.castelazo@cenam.mx


Última actualización el Jueves, 16 de Agosto de 2011 12h48