Ser precís o no ser-ho, aquesta és la qüestió
Per guanyar precisió, el patró de referència del quilo deixarà de ser un cilindre metàl·lic
Al segle XX es va produir una ampliació formidable de les escales a què comprenem la natura: es va despullar l’àtom i es va observar l’Univers poc després que hagués nascut. Aquesta capacitat d’observar espais i temps cada vegada més diminuts o remots està lligada indissolublement a la tecnologia. Una tecnologia que, tal com apuntava l’escriptor Arthur C. Clarke, de tan avançada hi ha vegades que sembla pura màgia.
Les observacions que es fan als laboratoris més sofisticats del món, però, no són cap joc de mans. Es tracta de mesures de valors numèrics que donen informació sobre la naturalesa última de la matèria, l’estructura de l’espai i els seus orígens. Per desentrellar tots aquests secrets, les mesures necessiten una precisió creixent, que al llarg del segle XX va assolir fites esborronadores. Una de les mesures més increïbles que s’han fet mai és la d’una propietat magnètica de l’electró, en què l’error es va minimitzar fins a tres parts en deu bilions. Aquesta precisió supera una mesura de la distància entre la Terra i la Lluna que tingués l’error del gruix d’un sol cabell.
La mesura més precisa
Tot i el prodigi d’aquesta mesura, aquest segle ja se n’han fet d’altres que l’han superada a bastament. Els detectors d’ones gravitatòries LIGO i VIRGO, per exemple, funcionen amb precisions superiors. Essencialment aquests detectors estan formats per dos braços de quatre quilòmetres de longitud col·locats en forma d’ela. Dos raigs làser surten al mateix temps del punt on s’uneixen els braços, es reflecteixen als extrems i tornen a coincidir a la línia de sortida. Com que les distàncies són les mateixes, els raigs es retroben ben sincronitzats. Si en algun moment, però, arriba una ona gravitatòria, l’espai es deforma i la longitud dels braços es modifica, de manera que quan els raigs coincideixen en el punt de sortida ja no estan sincronitzats. No cal dir que aquesta manca de sincronia és diminuta. Per detectar-la cal mesurar, en la distància dels braços de quatre quilòmetres, variacions equivalents a la deumil·lèsima part de la mida d’una partícula com el protó. Això és com mesurar la distància a l’estrella més propera, uns quatre anys llum, i errar en el gruix d’un cabell.
Totes aquestes mesures es basen en un sistema d’unitats que utilitza patrons per assignar valors a les propietats mesurades. És a dir, per afirmar que una taula fa dos metres cal disposar d’un metre de referència. Antigament aquesta referència era una barra d’iridi i platí custodiada al soterrani de l’Oficina Internacional de Pesos i Mesures (BIPM), als afores de París. El problema d’aquest patró és que una barra pot patir canvis de longitud a causa, per exemple, de la temperatura. Encara que aquests canvis siguin molt petits, impedeixen definir amb precisió el patró a partir del qual s’han de fer les mesures als laboratoris d’arreu del món. Per aquesta raó des del 1983 el metre es defineix com la distància que recorre la llum en el buit en una fracció de segon equivalent a 1/299792458. I un segon es defineix a partir de les oscil·lacions d’un àtom de cesi.
Canvi de patrons
En un món en què la precisió de les mesures augmenta sense parar, la definició d’una altra magnitud fonamental, la massa, és del tot inapropiada a dia d’avui. El quilogram es defineix com la massa d’un cilindre d’iridi i platí desat altre cop en cambres de seguretat soterrades als afores de París. A causa de la seva interacció amb l’ambient, algunes còpies d’aquest patró han arribat a guanyar fins a cinquanta milionèsimes de gram en cent anys, una xifra ridícula però que pot tenir un impacte important quan es fan mesures d’alta precisió.
Ja fa anys que científics d’arreu del món treballen per resoldre aquest problema i trobar una definició del quilogram més acurada i constant. De fet, aquesta setmana s’han reunit els responsables de la BIPM amb l’objectiu de fixar un nou sistema d’unitats que entri en vigor el maig del 2019. Aquest sistema, com les definicions actuals de metre i segon, estarà basat completament en valors de constants fonamentals de la natura, com la càrrega de l’electró o la velocitat de la llum. El nou quilogram serà, des de llavors, una combinació del segon, el metre i la constant de Planck, el valor de 6,626 joules per segon que governa el món microscòpic.