Il BIPM ha sede a Sèvres, nella regione dell’Île-de-France (Photo credit: CG92/Olivier RAVOIRE).
BIPM has its headquarters in Sèvres, near Paris (Photo credit: CG92/Olivier RAVOIRE).
Martin Milton, direttore del Bureau International des Poids et Mesures di Sèvres, ci racconta in esclusiva cosa significa dirigere l’ufficio metrologico più importante e più famoso del mondo, dove è custodito il chilogrammo campione, riferimento dell’omonima unità di misura del Sistema Internazionale.
di Claudia Pirotta
D. Direttore, partiamo dalle presentazioni. Ci descrive brevemente la sua carriera professionale? Come è arrivato al BIPM, Bureau International des Poids et Mesures (www.bipm.org)?
R. Subito dopo essermi laureato in Fisica presso l’Università di Oxford nel 1981, sono entrato nel National Physical Laboratory (NPL), il laboratorio nazionale di metrologia del Regno Unito. Ho letteralmente consacrato i miei primi due anni di lavoro alle misure di precisione delle costanti fondamentali, dopodiché mi sono orientato verso le misure atmosferiche con tecnologie basate sui laser, un settore all’epoca emergente. Grazie a questa attività è iniziata per me una carriera di ricerca che mi ha portato a studiare la tracciabilità di questo tipo di misure e, in seguito, la metrologia dei gas. Durante il mio periodo al NPL ho frequentato gli studi di dottorato all’università di Southampton e ho ampliato le mie conoscenze in merito al funzionamento delle organizzazioni frequentando un Master of Business Administration alla London Business School. Nel 2012 ho raggiunto l’Ufficio Pesi e misure in qualità di direttore aggiunto e direttore designato. Dallo scorso 1 gennaio 2013 sono direttore del BIPM.
D. Cosa significa essere direttore del BIPM oggi?
R. Questo è sicuramente un periodo importante per il BIPM, direi uno dei più importanti tra tutti i suoi 137 anni di storia! Nei prossimi anni, gli scienziati e i ricercatori del Bureau insieme a quelli dei laboratori nazionali di metrologia di tutti i 55 Stati membri lavoreranno per ridefinire le unità fondamentali del SI a partire dalle costanti fondamentali. Questo processo porterà ad un rivoluzionario cambiamento attraverso il quale si passerà da un sistema di misura storicamente fondato su artefatti da conservare con grandissima precauzione (si pensi, ad esempio, al chilogramma campione: un elemento fisico soggetto ad usura, per non parlare di eventuali catastrofi naturali) ad un sistema fondato sulla fisica atomica fondamentale. Ovviamente, nei prossimi anni sarà necessario condurre un importante lavoro di ricerca e coordinamento prima di arrivare al risultato in cui tutti speriamo. Ma siamo ottimisti, e pensiamo di poter arrivare alla definizione del nuovo SI nel 2018.
D. Il cambiamento del SI, dunque. Ma non solo: quali sono le principali attività del BIPM?
R. L’ufficio internazionale pesi e misure ha il compito di garantire e promuovere la confrontabilità a livello mondiale delle misure, mettendo a disposizione un sistema internazionale di unità di misura essenziale per la scoperta e l’innovazione tecnologica, la produzione industriale ed il commercio internazionale, la tutela della qualità della vita e dell’ambiente.
Per via della sua impronta internazionale ed imparziale, il BIPM gioca un ruolo primario ed unico, che gli consente di coordinare l’attuazione ed il miglioramento del sistema di misura mondiale allo scopo di garantire l’esattezza e la confrontabilità dei risultati di misura.
Per poter dare compimento alla sua missione, il BIPM mette a disposizione l’infrastruttura tecnica ed organizzativa del SI, che costituisce il fondamento della tracciabilità - a livello internazionale - dei risultati di misura. Il BIPM svolge inoltre attività tecniche nei propri laboratori ed effettua un ampio lavoro di coordinamento internazionale. Queste attività consistono nello stabilire e mantenere degli standard di riferimento adeguati, utilizzati per effettuare al più alto livello metrologico un determinato numero di confronti chiave internazionali. Inoltre, il BIPM coordina i raffronti internazionali dei campioni di misura nazionali attraverso i Comitati Consultivi del Comitato internazionale dei Pesi e delle Misure (CIPM), svolgendo il ruolo di laboratorio pilota per alcune comparazioni ritenute prioritarie e portare avanti il lavoro scientifico. Il BIPM mette a disposizione agli Stati membri alcuni servizi di calibrazione, coordina le attività tra i laboratori di metrologia internazionali di questi stati, anche attraverso il Mutual Recognition Arrangement del CIPM (CIPM MRA) e fornisce loro servizi tecnici per sostenerne le attività.
Infine, se necessario, lavora con altre organizzazioni internazionali per organizzare incontri scientifici volti ad individuare l’evoluzione futura del sistema internazionale di misura all’interno dell’industria, delle scienze e della società ed informa, attraverso pubblicazioni ed incontri, la comunità scientifica, l’opinione pubblica ed i responsabili politici in merito a tematiche inerenti la metrologia ed i suoi benefici.
Martin Milton, direttore del Bureau International des Poids et Mesures (BIPM).
Martin Milton, Director of the Bureau International des Poids et Mesures (BIPM).
D. Perché è importante parlare di metrologia oggi?
R. La metrologia oggi è di importanza fondamentale poiché il mondo è sempre più aperto agli scambi commerciali globali ed è sempre più dipendente dalle nuove tecnologie. La metrologia è di vitale importanza nel fornire misure eque e trasparenti, necessarie al buon funzionamento del commercio e per sostenere l’innovazione richiesta allo sviluppo delle nuove tecnologie. Inoltre, la metrologia è il fondamento della qualità della nostra vita. Si pensi, ad esempio, al fatto che abbiamo bisogno di misure precise relative alla composizione dell’atmosfera o alla temperatura della terra per sorvegliare il cambiamento climatico. Tutte queste misure sono necessarie agli scienziati ed ai governanti e si basano sull’accesso ad un sistema internazionale di metrologia.
D. Perché la ricerca metrologica si spinge verso la definizione di costanti universali sempre più precise? Che senso ha dal punto di vista pratico?
R. Il mondo nel quale viviamo ci richiede precisione crescente di giorno in giorno. Inevitabilmente, il mondo della metrologia riflette i bisogni di una società dove l’esattezza delle misure è fondamentale. Le numerose scoperte associate alle nuove tecnologie, principalmente nella fisica quantistica, hanno permesso dei cambiamenti importanti nell’ambito metrologico. La definizione stessa delle unità non è fissa a priori: le unità fondamentali del SI sono legate ad un mondo reale per mezzo delle costanti della fisica, universali ed invarianti per loro natura.
Il fatto di ridefinire il chilogrammo attraverso le costanti fondamentali assicurerà la stabilità dell’unità di misura nel lungo periodo e, di conseguenza, assicurerà l’affidabilità dell’unità di massa, che altrimenti sarebbe messa in discussione. Le nuove definizioni di ampère e di kelvin (rispettivamente unità di misura di corrente e temperatura) consentiranno di migliorare in modo significativo l’accuratezza associata a misure elettriche e di temperatura radiometrica.
L’impatto sulle misure elettriche sarà immediato: in questo settore, le misurazioni più precise sfruttano l’effetto Josephson ed Hall quantistico. Il fatto di fissare valori numerici per h ed e con nuove unità di misura permetterà di conoscere esattamente i valori delle costanti di Josephson e Von Klitzing. Di conseguenza, per esprimere i risultati delle misure elettriche si potranno utilizzare le unità del SI.
Attraverso le nuove definizioni di kelvin e di chilogrammo, il fattore di conversione tra la radianza misurata e la temperatura termodinamica (la costante di Stefan-Boltzmann) sarà esatto e condurrà via via al miglioramento della metrologia delle temperature e, di conseguenza, dei progressi tecnologici. Infine, la nuova definizione di mole sarà più semplice di quella attuale: ciò aiuterà gli utilizzatori del SI a comprendere meglio la natura della “quantità di materia” e della sua unità di misura.
Il chilogrammo campione, riferimento dell’omonima unità di misura del Sistema Internazionale, è custodito proprio al BIPM.
The international prototype of the kilogram, is kept at the BIPM.
METROLOGY – THE GUARDIAN OF SAMPLES
Martin Milton, Director of the Bureau International des Poids et Mesures of Sèvres, explains what leading the most important and renowned metrological institute in the world means.
by Claudia Pirotta
Q. Director, please introduce yourself. Could you briefly describe your professional carreer? How did you join the BIPM, Bureau International des Poids et Mesures (www.bipm.org)?
A. I left Oxford University with a degree in physics in 1981 and joined the National Physical Laboratory (NPL) in the UK. After spending my first two years working on precision measurements of the fundamental constants I moved to what was then the emerging field of laser-based measurements of the atmosphere. This began a research career that took me back to the basis of where traceability for these measurements comes from, and the field of Gas Metrology. During my time as a scientist at the NPL, I was given the time to study for a PhD at Southampton University and to broaden my knowledge of how organizations work by studying for a Master of Business Administration (MBA) at the London Business School. I joined the BIPM on 1 October 2012 as Deputy Director and Director Designate and took over as Director of the BIPM on 1 January 2013.
Q. What does leading the BIPM mean today?
A. This is a very important time for the BIPM – one of the most important in its 137-year history. Over the next few years, scientists at the BIPM and the national metrology institutes (NMIs) of its 56 Member States will be working to redefine four of the SI base units in terms of fundamental constants. This will be an important change by which we will move away from the historic basis of measurements based on very carefully preserved artefacts to a new measurement system based on fundamental atomic physics. Of course, there is a great deal of research needed to achieve this, as well as a lot of coordination. We hope this change will occur in 2018.
Q. Apart from the SI revision, what are the main activities of the BIPM?
A. The mission of the BIPM is to ensure and promote the global comparability of measurements, including providing a coherent international system of units for scientific discovery and innovation, industrial manufacturing and international trade, sustaining the quality of life and the global environment.
The unique role of the BIPM is based on its international and impartial character enabling it to coordinate the realization and improvement of the world wide measurement system to ensure it delivers accurate and comparable measurement results, to undertake selected scientific and technical activities that are more efficiently carried out in its own laboratories on behalf of Member States, and to promote the importance of metrology to science, industry and society, in particular through collaboration with other intergovernmental organizations and international bodies and in international forums.
To accomplish its mission, the BIPM develops the technical and organizational infrastructure of the International System of Units (SI) as the basis for the world-wide traceability of measurement results. This is achieved both through technical activities in its laboratories and through international coordination. These activities consist in establishing and maintaining appropriate reference standards for use as the basis of a limited number of key international comparisons at the highest level. In addition, the BIPM coordinates international comparisons of national measurement standards through the Consultative Committees of the CIPM, taking the role of coordinating laboratory for selected comparisons of the highest priority and undertaking the scientific work necessary to enable this to be done. The BIPM provides selected calibrations for Member States, coordinates activities between the NMIs of Member States, such as through the CIPM MRA, and to provide technical services to support them.
Finally, the BIPM liaises as required with relevant intergovernmental organizations and other international bodies, organizes scientific meetings to identify future developments in the world-wide measurement system required to meet existing and future measurement needs in industry, science and society, and informs, through publications and meetings, the science community, the wider scientific public and decision makers on matters related to metrology and its benefits.
“La metrologia è di vitale importanza nel fornire misure eque e trasparenti, necessarie al buon funzionamento del commercio e per sostenere l’innovazione richiesta allo sviluppo delle nuove tecnologie”, afferma Milton.
“Metrology is vital to provide fair and transparent measurements needed for trade as well as to support the innovation required to develop and exploit new technologies”, stated Martin Milton.
Q. Why is it important to talk about metrology today?
A. Metrology is incredibly important as the world becomes increasingly open to trade and more dependent on new technologies. Metrology is vital to provide fair and transparent measurements needed for trade as well as to support the innovation required to develop and exploit new technologies. Additionally, metrology is essential to underpin our quality of life. For example, we need accurate measurements of the composition of our atmosphere and also the temperature of the earth in order to monitor climate change. All of these measurements are needed by scientists and policymakers and depend on access to a global metrology system.
Q. Why does metrology research focus on the determination of more, and more accurate, fundamental constants?
A. The world where we live requires more and more accuracy. Metrology mirrors the needs of a society where measurement accuracy is fundamental. Numerous discoveries associated with new technologies, mainly in quantum physics, have led to important changes in metrology. Defining must evolve with our scientific knowledge: the base units of the SI should ideally be linked to measurable quantities through the unchanging and universal constants of physics.
Defining the kilogram in terms of fundamental physical constants will ensure its long- term stability, and hence its reliability, which is at present in doubt. The new definitions of the ampere and kelvin will significantly improve the accuracy with which mass, electrical, and radiometric temperature measurements can be made. The impact on electrical measurements will be immediate: the most precise electrical measurements are always made using the Josephson and quantum Hall effects, and fixing the numerical values of h and e in the new units will lead to exactly known values for the Josephson and von Klitzing constants. This will eliminate the current need to use conventional electrical units rather than SI units to express the results of electrical measurements. The conversion factor between measured radiance and thermodynamic temperature (the Stefan Boltzmann constant) will be exact using the new definitions of the kelvin and kilogram, leading to improved temperature metrology as technology improves. The revised definition of the mole is simpler than the current definition, and it will help users of the SI to better understand the nature of the quantity “amount of substance” and its unit, the mole.
L’Ufficio Internazionale Pesi e Misure ha il compito di garantire e promuovere la confrontabilità a livello mondiale delle misure, mettendo a disposizione un sistema internazionale di unità di misura essenziale per la scoperta e l’innovazione tecnologica, la produzione industriale ed il commercio internazionale, la tutela della qualità della vita e dell’ambiente.
The mission of the BIPM is to ensure and promote the global comparability of measurements, including providing a coherent international system of units for scientific discovery and innovation, industrial manufacturing and international trade, sustaining the quality of life and the global environment..
