Redefinición del Sistema Internacional de Unidades (SI)

El actual sistema SI es el sistema adoptado internacionalmente, utilizado en la práctica científica y legal en numerosos países. El SI parte de un pequeño número de magnitudes/unidades denominadas básicas definiendo, a partir de ellas, las denominadas derivadas, como producto de potencias de las básicas. Cuando este producto de potencias no incluye ningún factor numérico distinto de la unidad, estas unidades derivadas se denominan coherentes. Así pues, el SI es un sistema coherente de unidades, que permite cuantificar cualquier magnitud medible de interés en la investigación, la industria, el comercio o la sociedad, en campos tan variados como la salud, la seguridad, la protección del medio ambiente, la adquisición de bienes o la facturación de consumos, por ejemplo.

En 1960, la 11ª Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) definió y estableció formalmente el SI en su Resolución 12, basado en el anterior sistema métrico decimal. Desde entonces se ha revisado de cuando en cuando, de forma parcial, en respuesta a las necesidades de la ciencia y la tecnología. Ahora, en la segunda década del siglo XXI, va a revisarse en profundidad, basándolo en constantes universales, redefiniéndose sus unidades básicas y variando algunas de sus realizaciones prácticas.

El SI actual consta de siete unidades básicas, más un amplio grupo de unidades derivadas, junto a un conjunto de prefijos adoptados para denominar los valores de aquellas magnitudes que son mucho más grandes o mucho más pequeñas que la unidad básica, y que van desde el prefijo yocto (10-24) hasta el prefijo yotta (1024).

Las siete unidades básicas del SI, establecidas por convenio, se consideran dimensionalmente independientes entre sí y son: metro, kilogramo, segundo, amperio, kelvin, mol y candela.

Las unidades derivadas se forman a partir de las unidades básicas, como productos de potencias de estas. Algunas unidades derivadas reciben nombres especiales, con objeto de expresar, en forma compacta, combinaciones frecuentemente utilizadas de unidades básicas. Así ocurre, por ejemplo, con el julio, símbolo J, por definición igual a kg m2 s-2.

Hacia la revisión del Sistema Internacional de Unidades en 2018

El SI no es estático, sino que evoluciona para adaptarse a los requisitos de medición mundiales, cada vez más exigentes. Actualmente, tras años de trabajo,se está concluyendo el proceso que conducirá a la revisión más importante del SI, desde su establecimiento con tal nombre en 1960.

En la reunión del 20 de octubre de 2017,el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) aprobó una resolución recomendando a la CGPM la aprobación de la redefinición de cuatro unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades (SI): kilogramo, amperio, kelvin y  mol.

Esta recomendación se presentaráa la próxima Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM), la nº 26, en otoño de 2018. Si finalmente, la revisión del SI resulta aprobada, como se prevé, las cuatro unidades mencionadas se basarán en los valores exactos de cuatro constantes universales. Los cambios entrarían en vigor el día Mundial de la Metrología, el 20 de mayo de 2019.

“La decisión del CIPM de proponer esta resolución sobre la revisión del SI a la 26ª CGPM supone el paso definitivo hacia el establecimiento de un Sistema Internacional de Unidades basado en constantes invariables de la naturaleza. Esta decisión, según reconoce el Dr. Barry Inglis, presidente del CIPM, se basa en el trabajo y aportaciones sobresalientes de muchos metrólogos y en los compromisos de los institutos nacionales de metrología para llevar a cabo los experimentos a largo plazo necesarios sobre cuyos resultados basar esta decisión.

¿En qué consiste la revisión del SI?

El Sistema Internacional de Unidades , SI, basado en el segundo, el metro, el kilogramo, el amperio, el kelvin, el mol y la candela (las unidades básicas), está siendo revisado para actualizar las definiciones de cuatro de estas unidades. En noviembre de 2018 se espera que las definiciones revisadas del kilogramo, amperio, kelvin y mol sean aprobadas por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM), el organismo internacional responsable de la comparabilidad global de las mediciones. Se espera que las definiciones revisadas entren en vigor el 20 de mayo de 2019.

Las definiciones revisadas se basarán en siete constantes físicas (por ejemplo, la velocidad de la luz, la constante de Planck y la constante de Avogadro) y, por lo tanto, inherentemente estables. Las magnitudes se han elegido de forma que las definiciones revisadas no deban modificarse para acomodar futuras mejoras en las tecnologías utilizadas para sus realizaciones prácticas. La revisión del SI en esta forma fue prevista en las Resoluciones de la CGPM adoptadas en 2011 y 20142,3. Los requisitos adicionales contenidos en dichas Resoluciones aseguran una transición sin problemas hacia las cuatro definiciones revisadas. La mayoría de los usuarios no notarán el cambio. Una nueva edición de la publicación sobre el SI1 proporcionará información esencial a los usuarios y estará disponible después de que las definiciones revisadas hayan sido adoptadas formalmente. También habrá directrices sobre la realización práctica de las unidades.

A continuación, se incluye información sobre cómo estos cambios podrían afectar a las diferentes áreas de medición:

  • El kilogramo se definirá en términos de la constante de Planck, garantizando la estabilidad a largo plazo de la escala de masas del SI. El kilogramo puede realizarse mediante cualquier método adecuado (por ejemplo, la balanza (de potencia) de Kibble o el método de Avogadro (determinación de densidad de cristales por rayos X). Los usuarios podrán obtener trazabilidad al SI de las mismas fuentes utilizadas en la actualidad (el BIPM, los institutos nacionales de metrología y los laboratorios acreditados). Las comparaciones internacionales garantizarán su coherencia. El valor de la constante de Planck se elegirá de forma que garantice el que no haya ningún cambio en el kilogramo SI en el momento de la redefinición. Las incertidumbres de calibración ofrecidas por los INM a sus clientes tampoco se verán afectadas en su gran mayoría.
  • El amperio y otras unidades eléctricas, en sus actuales realizaciones prácticas al más alto nivel metrológico, obtendrán la total consistencia de los métodos con sus definiciones. La transición desde la convención de 1990 al SI revisado dará lugar a pequeños cambios en todas las unidades eléctricas diseminadas. Para la gran mayoría de los usuarios de las mediciones, no será necesario tomar ninguna medida, ya que el voltio cambiará en aproximadamente 0,1 partes por millón y el ohmio cambiará aún menos. Únicamente los profesionales que trabajan al más alto nivel de exactitud pueden necesitar ajustar los valores de sus patrones y revisar sus balances de incertidumbre de medida.
  • El kelvin se redefinirá sin causar un efecto inmediato en la práctica de la medición de la temperatura o en la trazabilidad de las mediciones de temperatura y, para la mayoría de los usuarios, pasará desapercibido. La redefinición sienta las bases para futuras mejoras. Una definición libre de limitaciones materiales y tecnológicas permite el desarrollo de técnicas nuevas y más exactas para obtener mediciones de temperatura trazables al SI, especialmente en temperaturas extremas. Después de la redefinición, directrices sobre la realización práctica del kelvin respaldarán su diseminación mundial al describir los métodos primarios para la medición de la temperatura termodinámica e igualmente mediante las escalas definidas ITS-90 y PLTS-2000.
  • El mol se redefinirá con respecto a un número específico de entidades (típicamente átomos o moléculas) y ya no dependerá de la unidad de masa, el kilogramo. La trazabilidad al mol aún podrá seguirse estableciendo a través de todas las vías empleadas anteriormente que incluyen, pero no se limitan a, la utilización de mediciones de masa junto con tablas de pesos atómicos y la constante de masa molar Mu. Los pesos atómicos no se verán afectados por este cambio en la definición y Mu seguirá siendo 1 g/mol, aunque ahora con una determinada incertidumbre de medición. Esta incertidumbre será tan pequeña que la definición revisada del mol no requerirá ningún cambio en la práctica común.

Las definiciones revisadas del kilogramo, amperio, kelvin y mol no tendrán ningún impacto en el segundo, el metro y la candela.

  • El segundo continuará definiéndose en términos de la frecuencia de transición hiperfina del átomo de cesio 133. La cadena de trazabilidad al segundo no se verá afectada. Tampoco, la metrología de tiempo y frecuencia.
  • El metro en el SI revisado seguirá definiéndose en términos de la velocidad de la luz, una de las constantes fundamentales de la física. La práctica de la metrología dimensional no deberá modificarse en modo alguno y se beneficiará de la mayor estabilidad a largo plazo del sistema.
  • La candela seguirá definiéndose en términos de Kcd, una constante técnica para la fotometría y, por lo tanto, continuará vinculada al vatio. La trazabilidad a la candela se seguirá obteniendo con la misma incertidumbre de medición a través de métodos radiométricos utilizando detectores absolutos debidamente calibrados.

El SI ha sido revisado varias veces desde su adopción formal por la CGPM en 1960. Sin embargo, la redefinición de cuatro unidades básicas a la vez no tiene precedentes, requiriendo la colaboración mundial simultánea en diversos campos de la metrología. Como en el pasado, se ha tenido cuidado para asegurar que no haya un impacto perceptible en la vida diaria y que las mediciones hechas con las definiciones previas de las unidades sigan siendo válidas dentro de sus incertidumbres de medición. Pocos usuarios fuera de los laboratorios nacionales de metrología notarán los cambios. Alcanzar las exactitudes experimentales y cumplir las condiciones exigidas en las resoluciones de la CGPM ha sido un logro notable, que garantizará que el SI continúe satisfaciendo las necesidades de incluso los usuarios más exigentes.

SI

Un importante paso adelante para la medición

El uso de constantes de la naturaleza para definir las unidades de medida internacionales permitirá a la comunidad científica y a la industria obtener y diseminar con mayor exactitud sus mediciones, desde las más pequeñas hasta las más grandes, cumpliendo así con los requisitos de medición modernos. Vinculará además con mayor precisión las mediciones a escala atómica y cuántica con las del nivel macroscópico.

Así como la redefinición del segundo contribuyó grandemente a la navegación GPS, se espera que la próxima revisión del SI fomente el desarrollo de las nuevas tecnologías en espera, al tiempo que mantiene la continuidad con las actuales.

A partir de su revisión, el SI será el sistema de unidades en el que:

  • La frecuencia de transición hiperfina de estado fundamental no perturbado del átomo de cesio-133, ΔνCs, es 9 192 631 770 Hz
  • La velocidad de la luz en el vacío, c, es 299 792 458 m/s
  • La constante de Planck, h, es 6,626 070 15 × 10-34 J·s
  • La carga elemental, e, es 1,602 176 634 × 10-19 C
  • La constante de Boltzmann, k, es 1,380 649 × 10-23 J/K
  • La constante de Avogadro, NA, es 6,022 140 76 × 1023 mol-1
  • La eficacia luminosa de la radiación monocromática de frecuencia 540 × 1012 Hz, Kcd, es 683 lm/W

con los anteriores valores numéricos carentes de incertidumbre y donde las unidades hercio, julio, culombio, lumen y vatio, con símbolos Hz, J, C, lm y W respectivamente, están relacionadas con las unidades segundo, metro, kilogramo, amperio, kelvin, mol y candela, con símbolos s, m, kg, A, K, mol y cd respectivamente, por las expresiones Hz = s–1, J = m2 kg s–2, C = A s, lm = cd m2 m–2 = cd sr y W = m2 kg s–3.

Fuente :  CEM – BIPM  SI-statement