Do site The Economist<\/p>\n
Os metrologistas ir\u00e3o em breve tentar redefinir a unidade refer\u00eancia, no mundo cient\u00edfico, para a massa que representa um quilograma<\/p>\n
\u201cQuanto custa um quilo, atualmente?\u201d. Essa pode parecer uma pergunta estranha. Ser\u00e1 que um quilo n\u00e3o pesa apenas isso, um quilo? Na verdade, um quilograma representa a massa de um peda\u00e7o cil\u00edndrico de uma liga de platina-ir\u00eddio de um objeto criado em 1879 em Hatton Garden, bairro com grande concentra\u00e7\u00e3o de joalherias de Londres, e depois enviado para o Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM) em S\u00e8vres, perto de Paris. Ele permanece l\u00e1 at\u00e9 os dias de hoje, mantido abaixo de tr\u00eas camp\u00e2nulas em forma de ab\u00f3bada, em um cofre que s\u00f3 pode ser destravado girando um conjunto de tr\u00eas chaves, cada uma confiada a um dignit\u00e1rio de alto escal\u00e3o do BIPM.<\/p>\n
Apesar dessas precau\u00e7\u00f5es, o prot\u00f3tipo internacional n\u00e3o repousa completamente longe de perturba\u00e7\u00f5es. Houve ocasi\u00f5es, quando foi comparado com algumas das suas c\u00f3pias oficiais, em que foram observadas discrep\u00e2ncias de at\u00e9 69 microgramas (algo ligeiramente menor que um gr\u00e3o de areia). Como n\u00e3o h\u00e1 raz\u00f5es para acreditar que \u201co\u201d quilograma \u00e9 intrinsecamente mais est\u00e1vel do que qualquer um de seus \u201cprimos\u201d, a causa dessa diferen\u00e7a ou \u00e9 a perda de peso, decorrente do desgaste relacionado \u00e0 manipula\u00e7\u00e3o, ou sua exposi\u00e7\u00e3o a processos qu\u00edmicos como os envolvidos na limpeza do objeto.<\/p>\n
Em um mundo cada vez mais dependente de medidas precisas, os metrologistas acreditam que essa inconst\u00e2ncia j\u00e1 n\u00e3o garante mais a seguran\u00e7a da medi\u00e7\u00e3o. Por isso, em 24 de janeiro \u00faltimo, eles se reuniram na Royal Society, em Londres, para discutir a reformula\u00e7\u00e3o do quilograma padr\u00e3o em termos de algo menos vol\u00favel do que uma liga de platina-ir\u00eddio. E o que melhor para fazer esse trabalho do que as constantes fundamentais da natureza, que afinal s\u00e3o, como o pr\u00f3prio termo diz, constantes?<\/p>\n
O quilograma \u00e9 o \u00faltimo componente do Sistema Internacional de Unidades (SI) ainda ligado explicitamente a um artefato primitivo. O metro tamb\u00e9m era: estava relacionado ao comprimento de outro lingote de platina-ir\u00eddio armazenado em S\u00e8vres. Mas foi redefinido por duas vezes, desde que o lingote foi depositado em 1889. A primeira, em 1960, quando foi associado ao comprimento de onda de um determinado tipo de luz. E em 1983, como o caminho percorrido pela luz no v\u00e1cuo na fra\u00e7\u00e3o 1\/299.792.458 de um segundo. Esse \u00faltimo, obviamente, remete a outra quest\u00e3o: como medir um segundo. Ele n\u00e3o \u00e9, como se poderia pensar, 1\/60 de 1\/60 de 1\/24 do per\u00edodo de rota\u00e7\u00e3o da Terra. N\u00e3o. O segundo \u00e9 a dura\u00e7\u00e3o de 9.192.631.770 per\u00edodos de um fen\u00f4meno chamado de transi\u00e7\u00e3o de microondas em um \u00e1tomo de c\u00e9sio-133.<\/p>\n
As outras quatro unidades b\u00e1sicas do SI, o amp\u00e8re (eletricidade), o Kelvin (temperatura), o mol (quantidade de \u00e1tomos, mol\u00e9culas ou outras part\u00edculas) e a candela (luz), seguiram o exemplo do metro e se modernizaram \u2013 embora o amp\u00e8res, a candela e o mol estejam ligados ao kg e, assim, indiretamente relacionados com o prot\u00f3tipo de S\u00e8vres.<\/p>\n
Em uma constante de Planck
A raz\u00e3o pela qual o quilograma levou tanto tempo para abandonar sua in\u00e9rcia hist\u00f3rica \u00e9 que a constante de Planck (h), o candidato mais promissor para a sua remodela\u00e7\u00e3o, pertence \u00e0 escala subat\u00f4mica. Nessa escala, coisas estranhas acontecem e part\u00edculas podem se comportar como ondas. A constante de Planck \u00e9 o n\u00famero que liga a energia de uma part\u00edcula com a freq\u00fc\u00eancia da onda associada a ela. Ela reflete o tamanho dos quanta, na F\u00edsica Qu\u00e2ntica. Um quantum \u00e9 a quantidade m\u00ednima de uma entidade f\u00edsica envolvida em um processo f\u00edsico. Isso \u00e9 algo muito pequeno \u2013 algumas ordens de magnitude menor em rela\u00e7\u00e3o ao quilograma do que, digamos, um metro diante da dist\u00e2ncia percorrida pela luz em um segundo. Isso o torna bastante dif\u00edcil de medir.<\/p>\n
A maneira mais usual de medir \u201ch\u201d em termos de massa emprega um aparelho chamado balan\u00e7a de watt. Nele, a massa \u00e9 suspensa por um bra\u00e7o da balan\u00e7a. O outro bra\u00e7o carrega uma bobina com um fio ligado a um circuito el\u00e9trico – em outras palavras, um eletro\u00edm\u00e3. Essa bobina \u00e9 suspensa em um campo magn\u00e9tico externo e a corrente que flui por ela \u00e9 ajustada para que a atra\u00e7\u00e3o entre os dois \u00edm\u00e3s equilibre a for\u00e7a gravitacional sobre a massa suspensa.<\/p>\n
Em seguida, o experimento \u00e9 repetido sem a massa suspensa. Em vez disso, a bobina \u00e9 atra\u00edda pelo campo magn\u00e9tico externo, o que induz uma voltagem atrav\u00e9s dele. Ao combinar os dados das duas etapas, uma equa\u00e7\u00e3o que liga energia mec\u00e2nica (dependente da massa) a energia el\u00e9trica (calculada pela multiplica\u00e7\u00e3o da tens\u00e3o pela corrente) pode ser derivada. Ambos os tipos de energia s\u00e3o equilibrados e expressos em watts, o que explica o nome da experi\u00eancia. A partir da\u00ed, atrav\u00e9s de um procedimento complicado e cansativo envolvendo dois fen\u00f4menos conhecidos como \u201cefeito Josephson\u201d e \u201cefeito Hall qu\u00e2ntico\u201d, \u00e9 poss\u00edvel expressar a energia el\u00e9trica em termos de \u201ch\u201d e, a partir da\u00ed, calcular \u201ch\u201d em fun\u00e7\u00e3o da massa.<\/p>\n
Quando a incerteza do c\u00e1lculo for reduzida, o que os metrologistas esperam que aconte\u00e7a ao longo dos pr\u00f3ximos anos, o experimento ser\u00e1 realizado com o prot\u00f3tipo de S\u00e8vres, isto \u00e9, com uma massa de exatamente um quilograma. A leitura resultante para \u201ch\u201d ser\u00e1 fixada por decreto e, com isso, estar\u00e1 pronta a defini\u00e7\u00e3o com base na constante de Planck. Um quilograma ser\u00e1, ent\u00e3o, a massa, calculada com base na constante de Planck em uma balan\u00e7a de watt, que coincida com esse valor de \u201ch\u201d.<\/p>\n
Tudo isso soa muito mais complicado do que pesar, de vez em quando, um peda\u00e7o de metal aramzenado em um cofre. Mas ao contr\u00e1rio disso, o experimento da balan\u00e7a de watts poder\u00e1 ser realizado por qualquer pessoa a qualquer momento, desde que ela possua o conhecimento e o equipamento adequado. Isso garante que o quilograma novo ser\u00e1 um padr\u00e3o verdadeiramente universal e imut\u00e1vel, definido em algo muito mais firme do que uma pedra ou at\u00e9 mesmo a platina: as leis fundamentais da natureza.<\/p>\n