O quilograma poderá ser destronado ?


Quando de uma conferência internacional em Marselha (França), pesquisadores apresentaram uma magnífica bola de silício, a qual esperam que vá destronar o antigo padrão preservado em Sèvres, subúrbio de Paris.

Em 2011, o escritório internacional de pesos e medidas (BIPM, do francês: Bureau National des Poids et Mesures) decidirá como definir o quilograma, ou seja: a unidade de massa. O negócio é sério! Cada uma de nossas unidades necessita de uma referência, a mais precisa possível. O quilograma é a única unidade cuja definição repousa sobre um padrão físico, na ocorrência uma barra metálica feita de liga de platina e de irídio, conservada no Pavilhão de Breteuil, em Sèvres, no subúrbio parisiense, desde 1889.

A cada cinqüenta anos, esse objeto extremamente precioso, que serve de referência principal para o mundo inteiro, sai das três redomas de vidro sob os quais repousa. É então pesado e a medida é comparada àquela de 1889 e àquela dos outros padrões existentes no mundo. Duas verificações foram realizadas a partir de então, em 1946 e em 1989. Mostraram uma variação de peso de cerca de 30 microgramas em um século e uma dispersão das diferentes medidas de quase 100 microgramas. A unidade de massa é, assim, a menos precisamente definida.

Desde 2002, uma equipe internacional de cientistas lançou-se no projeto Avogadro, que consiste em criar uma esfera de silício puro cujo número de átomos seria precisamente conhecido e cuja massa seria de um quilograma. A aventura começou na Rússia, onde centrífugas inicialmente dedicadas à extração de urânio purificaram silício-28. O bloco, de forma oblonga, a seguir foi para a Alemanha, onde o Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) verificou sua pureza. Dois pedaços de cinco quilogramas foram então cortados e enviados para a Austrália, onde foram remetidos à Sidney, para o Centro Australiano Óptico de Precisão, ligado ao CSIRO (Commonwelth Scientific and Industrial Research Organisation).

De lá saiu uma magnífica esfera de 93,75 milímetros cujos defeitos de rugosidade são da ordem de 0,3 nanômetros. O objeto se encontra no centro das discussões de uma reunião internacional de astronomia, organizada em Marselha pela SPIE, uma organização científica interdisciplinar. O tema dessa conferência anual (Astronomical Telescopes and Instrumentation Conference) teve este ano como tema "As sinergias entre o sol e o espaço" (Synergies Between Ground and Space).

A fabricação da esfera exigiu numerosas etapas, entre as quais a separação de um único isótopo de silício, a verificação da pureza do material obtido, depois o tamanho e o polimento, efetuado segundo as mesmas técnicas usadas na fabricação de um espelho de telescópio.


É melhor um padrão redondo que um comprido?

O projeto Avogadro foi apresentado como um potencial sucessor da barra do Pavilhão de Breteuil. Contudo, resta ainda muito trabalho a ser feito. É preciso produzir várias esferas e determinar o número de átomos. Se os cálculos derem o mesmo número, o quilograma poderá então ser definido como um certo número de átomos de silício 28.

A esfera de silício (93,75 milímetros de diâmetro) apresenta falhas de rugosidade da ordem de 0,3 nm e variações do raio inferiores a 70 nm.

Créditos: CSIRO

Mas essa solução, que não consiste senão na substituição de um padrão material por outro, não é a única estudada pelo BIPM. Em Saint-Quentin-en-Yvelines (na Îlle-de-France), o LNE (Laboratoire National de Metrologie et d'Essais), responsável pela metrologia francesa, trabalha há vários anos, com outras equipes no mundo, no desenvolvimento de um método completamente diferente: a balança de Watt. Trata-se de um dispositivo eletromecânico, em forma de balança, onde uma força eletromagnética, induzida em uma bobina condutora, equilibra o peso de uma massa (um quilograma) suspenso do outro lado.

A medida é feita em dois tempos. Na fase estática, um campo magnético gera uma força (a força de Laplace), que se opõe ao peso da massa. Na fase dinâmica, a bobina se move com uma velocidade constante, o que induz uma tensão elétrica, que pode ser medida. Religa-se então a massa da amostra às forças eletromagnéticas e, finalmente, à constante de Planck, que se tornará assim uma referência, como o é a velocidade da luz para a definição do metro.

A realização prática não é algo simples (o projeto previa o desenvolvimento de uma balança de Watt em 2007). O prédio do LNE está montado sobre amortecedores que absorvem as vibrações e é precisamente climatizado. A medida passa pelo conhecimento de g, seja: a relação entre a massa e o peso. Sabe-se hoje medir esse parâmetro com precisão, mas é preciso que se tomem algumas precauções, especialmente levar em conta efeitos das marés que regularmente "levantam" o solo várias dezenas de centímetros...

Em 2011, o BIPM deverá escolher entre estes métodos. Caso um deles seja considerado como suficientemente confiável, o venerável padrão do Pavilhão de Breteuil poderá, então, solicitar uma aposentadoria merecida, após 122 anos de bons e louváveis serviços.

Futura Science, 02 Julho, 2008 (Tradução - MIA).