Metrologia
IN COSTANTE EVOLUZIONE
01/04/2018

Campione nazionale di massa custodito presso l’INRIM, copia numero 62 del prototipo internazionale del kilogrammo.

Il 2018 è un anno importante per la metrologia. A maggio, il World Metrology Day si focalizza sull’evoluzione del Sistema Internazionale e, a novembre, la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure sancirà la ridefinizione delle grandezze fondamentali.

di Carlo Lissoni

Come ogni anno, in occasione dell’anniversario della firma della Convenzione del Metro del 1875, il 20 maggio 2018 si celebra la Giornata Mondiale della Metrologia, World Metrology Day, WMD, (www.worldmetrologyday.org) per sensibilizzare la comunità scientifica ed economica su un tema legato alla scienza delle misure. L’edizione 2018 è particolarmente importante perché centrata sulla prossima ridefinizione del Sistema Internazionale delle unità di misura, un cambiamento che non ci toccherà dal punto di vista pratico (non temete, continueremo a usare le grandezze cui siamo abituati), ma che rappresenta una svolta epocale. La definizione delle unità di misura poggerà infatti esclusivamente sul valore di alcune costanti fondamentali della fisica. Le leggi di natura diventano la base per ottenere riferimenti precisi, stabili e validi ovunque per le nostre misurazioni.

Lo slogan “Costante Evoluzione”, ideato da Luana Rosi, è una proposta dell’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica.

EVOLUZIONE DELLE UNITÀ DI BASE

Per capire la portata di questa svolta è necessario fare un passo indietro. Quasi 150 anni fa, il mondo commerciale, industriale e quello della ricerca scientifica chiedevano a gran voce un linguaggio comune e condiviso con cui esprimere le misurazioni. Tale necessità si è concretizzata con la creazione del Sistema Internazionale delle unità di misura (SI), che ha subito importanti mutamenti nel corso del tempo prima di arrivare al sistema che tutti conosciamo oggi. Tali cambiamenti hanno interessato, in primis, il numero delle unità di base: a kilogrammo, metro, secondo, le tre unità iniziali, nel tempo si sono aggiunte kelvin, ampere, candela e mole. Dalle sette unità fondamentali si ricavano tutte le altre, che sono dette derivate.

Anche le definizioni delle unità di misura hanno subito un’evoluzione. Prendiamo ad esempio la definizione del secondo, basata fino al 1956 sulla rotazione della Terra, poi sulla rivoluzione del nostro pianeta intorno al sole e infine, dal 1967 a oggi, sulla frequenza della radiazione elettromagnetica corrispondente alla differenza tra due livelli di energia dell’atomo di cesio. Uno dei recenti obiettivi, che ha impegnato i metrologi di tutto il mondo, riguarda la possibilità di legare la definizione di ogni unità di misura ad una particolare costante fisica fondamentale. Tale processo di revisione ha condotto alla proposta di ridefinizione di tutte le unità.

La ridefinizione del SI verrà sancita dalla 26ma Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure, in programma a metà novembre 2018 a Versailles.

RIDEFINIZIONE DEL KILOGRAMMO

Il kilogrammo è l’unica unità di misura la cui definizione si riferisce a un manufatto. Un cilindro di platino e iridio, conservato presso il Bureau International des Poids et Mesures in cassaforte, sotto tre campane di vetro, rappresenta il campione di riferimento internazionale. Per definizione tale cilindro pesa un kilogrammo ed è il kilogrammo. Ma utilizzare come unità SI un oggetto fisico è problematico perché quest’ultimo, per sua natura, può perdere o assorbire facilmente atomi e molecole. I confronti tra il prototipo del kilogrammo e le sue copie ufficiali hanno per l’appunto rilevato una variazione di 50 microgrammi: rispetto alle copie il Grand Kilo sembra “dimagrito”. Per risolvere questo problema di instabilità il nuovo SI affida la definizione del kilogrammo alla costante di Planck. Legare le definizioni alle costanti della fisica, il cui valore è fisso e valido in ogni tempo e luogo, permetterà di rendere il sistema delle unità di misura universale e di creare nuovi campioni di riferimento nel tempo più accurati e riproducibili ovunque.

Il sistema internazionale delle unità di misura è il sistema comune e condiviso con cui si esprimono le misurazioni in tutto il mondo.

La ridefinizione interessa propriamente solo quattro unità di base: oltre al kilogrammo, protagonisti della rivoluzione saranno l’ampere, il kelvin e la mole. Metro, secondo e candela sono infatti già basati su costanti della fisica. L’entrata in vigore del nuovo SI, previsto per maggio 2019, rappresenta un mutamento di paradigma: ogni unità di misura farà riferimento a una costante fondamentale, cui sarà assegnato un valore fisso, privo di incertezza, e molte unità saranno anche definite in relazione l’una all’altra. Tale rivoluzione permetterà alla metrologia di soddisfare le necessità della scienza, della tecnologia e del commercio del XXI secolo. ©TECN’È

La creazione del “nostro” sistema metrico decimale risale ai tempi della rivoluzione francese.



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