Il chilogrammo sta per cambiare, per rimanere lo stesso

Il vecchio campione di riferimento non va più bene (e rischierebbe di farci prendere in giro dagli alieni), quindi useremo una costante della meccanica quantistica

Una copia del Gran Kilo, chiamata K4, conservata dal NIST, in una fotografia del 1915 (Wikipedia Commons)

Tra il 13 e il 16 novembre si terrà a Versailles, in Francia, la Conferenza generale su pesi e misure in cui, con ogni probabilità, verrà cambiato il campione di riferimento usato per dire quanto è un chilogrammo. Finora si usava una massa campione come riferimento; tra qualche giorno si potrebbe iniziare a misurare il chilogrammo usando una costante derivata dalla meccanica quantistica.

Dal 1889 le bilance di tutto il mondo vengono tarate a partire da una massa campione conservata presso l’Ufficio internazionale dei pesi e delle misure di Sèvres, alla periferia di Parigi, il cosiddetto Grand Kilo, e dalle sue copie. Il problema è che il Grand Kilo, che è un cilindro di altezza e diametro di 3,9 centimetri fatto di una lega di platino e iridio realizzato nel 1875, da alcuni anni non pesa più come una volta, ma qualche microgrammo in meno. È per questo che vogliamo cambiarlo.

La decisione, che è ormai considerata cosa fatta, dovrà essere presa il 16 novembre attraverso un voto dei rappresentanti di 57 nazioni del mondo. Sarà un evento molto importante, perché il chilogrammo è rimasta l’unica unità di misura del Sistema Internazionale delle Unità di misura (SI) a basarsi su un oggetto. Stephan Schlamminger, un fisico statunitense che sarà a Versailles per il voto, ha detto: «Ho pensato o lavorato a questa cosa per tutta la mia carriera di scienziato. A volte stento a crederci: succederà davvero o mi sveglierò e sarà stato tutto un bellissimo sogno?». Ha poi aggiunto: «Se gli alieni arrivassero ora sulla Terra, ci chiederebbero di certo di parlare di fisica. E per farlo avremmo bisogno di accordarci su alcune unità di misura. Ma se dicessimo che la nostra unità di misura per la massa è basata su un pezzo di metallo che teniamo vicino a Parigi, diventeremmo lo zimbello dell’Universo».

Se a Versailles tutto andrà come previsto, si ridefinirà il chilogrammo usando la costante di Planck, usata in meccanica quantistica, che si indica con la lettera h e ha le dimensioni di un’energia per un tempo.

Per misurare la costante di Planck è stata usata una bilancia di Watt o bilancia di Kibble, dal nome di Bryan Kibble, il fisico britannico che l’ha inventata. È una bilancia che misura la massa di un oggetto (tramite il peso) non confrontandolo con un altro oggetto campione, bensì confrontando la forza di gravità con cui la Terra lo attrae (dipende dalla sua massa) con la forza elettromagnetica prodotta su una bobina sospesa in un campo magnetico. Questa bilancia permette due diverse misure indirette: nella prima si fa passare la corrente attraverso la bobina e si misura l’intensità necessaria alla forza elettromagnetica prodotta per tenere in equilibrio la massa sull’altro piatto. Nella seconda si muove la bobina a velocità costante grazie a un motore e si misura la differenza di tensione indotta dall’attraversamento del campo magnetico. In entrambi i casi si può poi risalire al valore della costante di Planck. Se non vi intendete di meccanica quantistica, vi starete però probabilmente facendo qualche altra domanda sulla costante di Planck: rispondemmo qui.

Nel caso in cui la Conferenza generale su pesi e misure dovesse esprimersi a favore dell’uso della costante di Planck, il “nuovo chilogrammo” entrerà in vigore dal maggio 2019, insieme a qualche aggiornamento su altre unità di misura, come Kelvin e ampere. Come ha scritto il Guardian, «difficilmente la rivoluzione sarà percepita oltre il mondo della metrologia» e «nessuno peserà in modo diverso la verdura al supermercato», «ma dietro le quinte tutto funzionerà meglio».

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