Batalha científica: químicos e físicos lutam para que um quilo seja sempre um quilo

International Bureau of Weights and Measures

Protótipo Internacional do Quilograma (IPK)

“É um escândalo que a unidade de massa ainda seja um objeto físico”. Quem diz é William Phillips, Nobel da Física em 1997. Para o cientista, é necessário redefinir a unidade do quilograma, tornando-a “invariável” e mais “democrática”.

Durante a 26ª Conferência Internacional de Física Atômica, que decorreu em Barcelona, o Nobel da Física mostrou ao público um peso metálico. Uma réplica do Protótipo Internacional do Quilograma (IPK), um cilindro de platina-irídio que define a unidade de massa do Sistema Internacional desde o século XIX.

“Se eu sujar isso com as minhas mãos, automaticamente todos vocês pesarão menos”, explicou, suscitando gargalhadas no público. “Isso precisa ser consertado“, acrescentou, realçando que “precisa mesmo”, revela o El País.

Os cientistas que estudam a medição de grandezas propuseram redefinir as unidades de medida de massa (quilograma), corrente elétrica (ampere), quantidade de substância (mol) e temperatura (Kelvin) com base em constantes da natureza, para que essas medidas não possam mais variar.

No encontro, Phillips, juntamente com o físico brasileiro Vanderlei Bagnato, explicou como chegaram até as novas definições, que esperam que entrem em vigor no próximo dia 20 de maio – data em que se assinala o aniversário do Tratado do Metro de 1875.

Quando o IPK foi criado, com a ideia de homologar o peso de um litro de água líquida, foram também criadas cópias de referência internacionais, idênticas, na teoria.

No entanto, ao tentar equilibrar os novos pesos, observou-se que as massas dos diferentes padrões de quilo – incluindo o original – variam entre si por valores inferiores a 50 microgramas (milionésimos de grama).

Dessa forma, o material pode absorver átomos do ambiente. Assim como pode também perdê-los através da limpeza. Na Ciência, essa discrepância é “intolerável”, considerou Phillips, especialmente quando o quilograma serve de base para definir outras três unidades básicas do Sistema Internacional – a candela (cd), o ampere (A) e as unidades mol – e outras 17 unidades derivadas, como o newton (N) ou o joule (J).

“Novo” quilograma – invariável e democrático

Phillips trabalha no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), nos Estados Unidos, um dos centros de metrologia que participa na revisão do Sistema Internacional de Unidades.

A missão do NIST passa por encontrar uma nova definição do quilograma que não seja apenas invariável, mas também “democrática“. Ou seja, a meta é encontrar uma medida que estivesse ao alcance de qualquer laboratório que quisesse calibrar um padrão.

“Até hoje, a única maneira de saber o verdadeiro valor do quilo é ir ao Escritório Internacional de Pesos e Medidas, na França, que apenas retirou o IPK da sua cápsula protetora meia dúzia de vezes durante dois séculos”, atirou o Nobel da Física de 1997.

A inspiração para uma nova definição veio do metro. O metro, que também configura uma unidade básica no Sistema Internacional, passou legalmente, em 1983, de ser “o comprimento de uma barra de platina em Paris” para passar a corresponder “a distância viajada pela luz em 1 / 299,792,458 segundos”.

Essa forma de fixar medidas não é intuitiva, pois define o valor exato de uma constante da natureza, para o qual é imposto um valor numérico arbitrário baseado nas características do próprio objeto físico.

Nesse procedimento, os cientistas utilizaram o protótipo aprovado – a barra de platina – para estudar sua relação com uma constante natural: a velocidade da luz no vácuo. Sabendo exatamente a fração de segundo que a luz leva para percorrer o comprimento da barra, foram capazes de estabelecer oficialmente a velocidade da luz em 299.792.458 m/s.

“Uma constante que tem unidades não é natural”, explicou Phillips, citado pelo El País. O que é natural na velocidade da luz é que essa velocidade é a mesma para todos os observadores e para todo os espectros de luz, mas seu valor numérico depende do que decidimos ser um metro e um segundo”.

Agora que o valor da velocidade da luz está “decidido”, o que importa é que a definição do metro nunca mais dependerá do comprimento de um objeto físico.

Qualquer laboratório com um relógio atômico pode medir a distância que os fótons percorrem nessa fração de tempo – e, assim, saber o comprimento exato da barra de platina a partir do momento em que a definição do metro foi fixada. Mesmo que o objeto seja perdido ou deformado, o metro já é atemporal.

Batalha científica: químicos versus físicos

Para imortalizar o quilo, também é necessário definir o valor numérico de uma constante natural. E é aqui que químicos e físicos “lutam” para escolher a melhor constante.

Os químicos escolheram a constante de Avogadro – que relaciona o número de átomos ou moléculas à massa de uma amostra. Já os físicos, escolheram a constante de Planck – que relaciona a energia de um fóton à frequência da sua onda.

Mais do que competir cientificamente, os dois métodos são complementares, já que o objetivo passa por alcançar um nível de precisão que permita usar cifras fixas das mesmas constantes para obter o mesmo valor numérico do quilo.

Além disso, a constante de Avogadro, que foi definida para medir a quantidade de átomos em uma esfera perfeita de silício, também será usada para redefinir a mol, destaca o jornal.

Há 40 anos, quando Phillips chegou ao NIST, seu trabalho se concentrou na medição precisa do ampere, tendo evoluído até hoje para aquilo que hoje é conhecido como escala de Watt – instrumento que equaciona a potência eletromagnética com uma potência mecânica. Aplicando-se, primeiro, uma corrente conhecida.

O procedimento de universalização do ampere pode ser replicado para o quilograma, relembra o físico. “Calculado o peso correspondente na balança, podemos obter a massa exata de um quilo, uma vez que a aceleração da gravidade é conhecida“.

“No futuro, melhores métodos podem ser desenvolvidos para nos levar do valor da constante para o valor do quilo. E isso é lindo, na minha opinião – é como as coisas devem ser feitas “, rematou.

Seguindo o mesmo raciocínio, os especialistas que estudam a medição de grandezas desenvolveram métodos para fixar a constante de Boltzmann – que definirá o kelvin (K) – e a constante da carga elementar, que dará a definição do ampere.

O metro, a candela e o segundo já se encontram definidos por constantes físicas. Ainda em novembro deste ano, a Conferência Geral de Pesos e Medidas vai se reunir em Versalhes, na França, para votar as mudanças propostas para o Sistema Internacional.

Depois de todo o trabalho, Phillips espera que o encontro seja “apenas uma formalidade”.

Ciberia // ZAP

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