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Una rivoluzione dei pesi e delle misure In evidenza

Le sette grandezze fondamentali con i simboli delle unità di misura e, in piccolo, i nomi delle grandezze fisiche fondamentali ad esse correlate
Le sette grandezze fondamentali con i simboli delle unità di misura e, in piccolo, i nomi delle grandezze fisiche fondamentali ad esse correlate Credits: BIPM/INRIM

Questa mattina è stata presa la decisione storica di ridefinire tutte le unità di misura alla base del Sistema Internazionale utilizzando esclusivamente le costanti fisiche fondamentali. Cosa significa?

 Il Sistema Internazionale (SI) è l'erede moderno del sistema metrico decimale che fu introdotto all'indomani della rivoluzione francese, grazie ad una commissione presieduta da Lagrange dal 1791. A parte 3 nazioni di importanza trascurabile (Liberia, Birmania e Stati Uniti d'America), è stato adottato da tutta la comunità internazionale. Si tratta di un sistema "coerente" basato su sette grandezze fisiche fondamentali e sulle corrispondenti unità di misura, dalle quali discendono tutte le altre "grandezze fisiche derivate" combinandole in vari modi.

 Nel corso dell'ultimo secolo, utilizzando tali unità di misura, gli scienziati hanno misurato il valore delle Costanti Fisiche con crescente precisione, avvicinandosi in tempi recenti ai limiti consentiti dalle stesse definizioni o dai campioni di riferimento corrispondenti. In certi casi, l'accuratezza degli strumenti e dei metodi di misura sulle costanti fisiche ha raggiunto livelli tali da costituire un riferimento molto più affidabile rispetto agli oggetti fisici. Ad esempio, l'unità di massa (kilogrammo campione) è stato a lungo quella del campione custodito dal 1875 a Sèvres, in Francia ma adesso sappiamo che ha perso circa 50 microgrammi per ragioni ancora sconosciute (probabilmente per sublimazione del metallo platino-iridio di cui è composto).

 Di seguito, la tabella ufficiale delle Costanti fisiche più importanti aggiornata al 2014 (CODATA):

codata

  Come si vede, mentre per alcune costanti come quell di Gravitazione Universale o quella di Stefan-Boltzmann la precisione lascia ancora a desiderare data la difficoltà di misura (siamo comunque su incertezze relative dell'ordine di 1 ppm), altre hanno raggiunto livelli strepitosi, specialmente la costante di Rydberg. La comunità metrologica internazionale si è quindi messa all'opera da tempo per prepararsi a una svolta epocale che permetta di realizzare campioni di riferimento più stabili e riproducibili ovunque, basati su queste misure ultra-precise.

 In realtà, già oggi tre unità di base sono state definite in termini di costanti della fisica che, a questo punto, non sono più oggetto di misure sperimentali perchè hanno un valore fissato, necessario allo scopo:

  • il metro in termini di velocità della luce ( c = 299792458 m/s )
  • il secondo in termini di frequenza della transizione iperfine dell’atomo di cesio (ΔνCs = 9192631770 Hz )
  • la candela in termini di efficacia luminosa (Kcd)

 Il passo successivo è la ridefinizione delle restanti 4 unità di misura di base in termini di altrettante costanti fisiche, il cui valore viene così fissato una volta per tutte senza alcuna incertezza associata, come già avvenuto per la velocità della luce e per la frequenza iperfine del Cesio:

  • il chilogrammo in termini di costante di Planck ( h = 6.62607015 × 10−34 J·s )
  • l’ampere in termini di carica elementare ( e = 1.602176634 × 10−19 C )
  • il kelvin in termini di costante di Boltzmann ( k = 1.380649 × 10−23 J/K )
  • la mole in termini di costante di Avogadro ( NA = 6.02214076 × 1023 mol−1)

 Perciò, dal 13 al 16 novembre, si è riunita a Parigi la 26° Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure e proprio oggi la comunità internazionale di scienziati e metrologi ha votato a favore della storica ridefinizione delle rimanenti 4 unità di misura fondamentali del Sistema Internazionale (SI); il cambiamento diverrà effettivo dal prossimo 20 Maggio. La cosa curiosa è che, a questo punto, diventerà possibile misurare la massa del chilogrammo campione conservato a Sevres, cosa prima impossibile per definizione!

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Il prototipo internazionale del chilogrammo, un cilindro di 39x39 mm in lega di platino e iridio. Credit: BIPM

 

Riferimenti:
https://www.inrim.it/ricerca-sviluppo/le-unita-di-misura/la-prossima-ridefinizione-del-sistema-internazionale-delle-unita
https://www.bipm.org/utils/en/pdf/CGPM/Draft-Resolution-A-EN.pdf
http://www.codata.org/

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

Sito web: https://www.facebook.com/marco.lorenzo.58
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