fotografias de MATT ROTH PARA THE NEW YORK TIMES
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O adeus ao quilograma como nós conhecíamos

Unidade de medida padrão sofre alteração. O que isso muda?

Xiaozhi Lim, The New York Times

07 Dezembro 2018 | 06h00

Desde 1889, Le Grand K, um cilindro de platina e irídio polido, sempre governou do seu cofre subterrâneo em Paris. Monarca absoluto, ele era a precisa definição de um quilograma de massa. Os cientistas do mundo todo faziam peregrinações até o local, levando consigo os seus padrões nacionais para conferi-los  e fazer os devidos ajustes.

Não mais. No dia 23 de novembro, dezenas de nações votaram e derrubaram Le Grand K, redefinindo o quilograma e outras três unidades de medida padrão: o ampere, para a corrente elétrica; o kelvin, para a temperatura; e o mole, que descreve as quantidades de uma substância química. De agora em diante, todas as sete unidades do Sistema Internacional de Unidades, conhecido como S.I., não serão mais definidas por objetos materiais, mas somente por constantes abstratas da natureza.

“Este arco de história começou antes da Revolução Francesa e agora, acho que nós encerramos a jornada”, disse Stephan Schlamminger, um físico do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologias de Gaithersburg, em Maryland. O S.I. foi criado no final do século 18, apenas com o metro e o quilograma. Até 1875, 17 nações haviam assinado a Convenção do Metro em Paris, que estabeleceu padrões internacionais para o metro e o quilograma. O metro foi definido como a distância entre dois riscos em uma barra oca de metal de platina e irídio. O quilograma padrão era Le Grand K.

Mas um objeto físico podia ser riscado, lascado ou mesmo destruído. Então, os cientistas começaram a sonhar com unidades de medida padrão que permanecessem para sempre constantes - padrões com definições construídas com a matéria do universo.

O metro atingiu esta estatura em 1983, quando foi redefinido em termos da velocidade universalmente constante da luz.

Para o quilograma, surgiram duas possibilidades: medir a massa exata de um quilograma em termos da força eletromagnética necessária para levantá-lo, ou em termos de um número específico de átomos em sua massa.  Mas nenhuma destas ideias vinculava o quilograma a uma constante fundamental.

O vínculo apareceu sob a forma da chamada constante de Planck, que transforma o comprimento de onda macroscópico da luz na energia de fótons de luz individuais. Em 1975, Bryan Kibble, um físico do Laboratório Nacional de Física de Londres, que morreu em 2016, estava trabalhando para aprimorar um instrumento chamado a balança de ampere. O instrumento poderia medir a corrente elétrica em termos de peso, mas só aproximadamente.

Kibble imaginou um aparelho, rebatizado de balança de Kibble depois da sua morte, que eliminava a possibilidade de imprecisões. Mais ou menos na mesma época, alguns físicos descobriram dois novos efeitos mecânicos quantum, que ligavam a constante de Planck à voltagem e à resistência elétricas. O instrumento de Kibble tornou-se uma maneira de medir também a constante de Planck.

Nos anos 1990, Horst Bettin, um físico do Physikalisch-Technisce Bundesanstalt da Alemanha, imaginou que se pudesse criar um cristal de silício excepcionalmente perfeito que pesasse um quilograma exato, e contasse os átomos com a unidade mole, que descreve quantas partículas estão contidas em uma quantidade de massa, ele poderia definir essencialmente um quilograma como um número de átomos de silicone.

Bettin havia imaginado uma experiência que mediria precisamente uma constante conhecida como número de Avogadro, que durante muitos anos ditara que um mole de uma substância contém 6,022 x 10^23 partículas. O número de Avogadro havia sido estimado, mas nunca medido com precisão. (Hoje, ficou  estabelecido que a constante de Avogadro tem o valor de 6,02214076 x 10^23.)

Finalmente, tendo medido a constante de Avogadro, Bettin poderia derivar a constante de Planck. E com a medida precisa da constante de Planck, ele pôde validar os resultados do trabalho de Kibble.

Mas o quilograma só pode ser redefinido quando os cientistas derivaram a mesma resposta das constantes de Planck e de Avogadro com sete casas decimais.

“O que nós chamamos ‘medida’ é uma estimativa”, disse Schlamminger. “Basicamente só podemos estimar o que seja o verdadeiro valor. O verdadeiro valor, somente o universo o conhece”. Isto levou 20 anos. Em 2014, as balanças de Kibble produziram  números para as constantes de Planck e de Avogadro que concordavam com o trabalho do Bettin. Este resultado libertou o quilograma de sua forma terrestre.

As quatro novas definições - para o quilograma, o ampere, o kelvin e a mole - entrarão em vigor depois do Dia Mundial da Metrologia, 20 de maio. A transição só será sentida nas fronteiras da ciência e da tecnologia; o mundo de todos os dias nem perceberá. “E nem deve perceber”, disse Ian Robinson, um físico do Laboratório Nacional de Física de Londres, “porque se perceber, nós não teremos trabalhado direito”.

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