In una cripta sotterranea in un sobborgo di Parigi giace un piccolo, cilindro di metallo raramente visto noto come Le Grand K.

Da 130 anni, questo pezzo delle dimensioni di una pallina da golf al 90% di platino e al 10% di iridio è servito come prototipo internazionale di chilogrammo. Ciò significa che era il singolo oggetto fisico con cui sono stati misurati tutti gli altri chilogrammi in tutto il pianeta.

Se i contaminanti microscopici nell'aria hanno indotto Le Grand K a diventare un po' più pesante, il chilogrammo stesso è cresciuto un po' più pesante. Se una pulizia rigorosa o un piccolo graffio lo ha reso leggermente più leggero, anche il chilogrammo stesso divenne più leggero. Infatti, si stima che nel corso della sua vita, Le Grand K ha perso 50 microgrammi di massa.

Ma il lungo regno di Le Grand K sta per finire.

A partire da lunedì, il chilogrammo sarà ridefinito non da un altro oggetto, ma da una proprietà fondamentale della natura nota come costante di Planck. Come la velocità della luce, il valore della costante di Planck non può fluttuare:è costruito con squisita precisione nel tessuto stesso dell'universo.

"A differenza di un oggetto fisico, una costante fondamentale non cambia, "ha detto Stephan Schlamminger, un fisico presso il National Institute of Standards and Technology (NIST) di Gaithersburg, Md. "Ora un chilogrammo avrà la stessa massa che tu sia sulla Terra, su Marte o nella galassia di Andromeda."

I ricercatori che hanno dedicato la loro vita alla scienza della misurazione affermano che la nuova definizione del chilogrammo e cambiamenti simili alla talpa (che misura quantità di particelle molto piccole), l'ampere (che misura la carica elettrica) e il kelvin (che misura la temperatura) - rappresenta un profondo punto di svolta per l'umanità.

"La capacità di misurare con crescente precisione fa parte del progresso della nostra specie, " ha detto Walter Copan, direttore del NIST.

La maggior parte di noi persone normali difficilmente noterà l'interruttore. Un pollo da 4 libbre (1,81437 chilogrammi) al supermercato o una libbra di chicchi di caffè (0,453592 kg) da Starbucks rimarranno esattamente gli stessi.

"Non vogliamo scioccare il sistema, " ha detto Schlamming.

La decisione di ridefinire quattro unità di base del Sistema internazionale di unità è stata presa a novembre alla 26a Conferenza generale sui pesi e le misure a Versailles, Francia. I delegati di 60 Stati membri si sono riuniti in un grande auditorium per il voto storico. Era unanime. È seguita una standing ovation e un brindisi con champagne.

"L'incontro stesso è stato un'esperienza elettrica, " disse Copán, che rappresentava gli Stati Uniti "È stato un lungo viaggio per arrivare a questo punto".

Le origini del sistema metrico risalgono alla Rivoluzione francese alla fine del 1700. Al tempo, circa 250, 000 diverse unità di misura venivano utilizzate in Francia, rendere il commercio e il commercio una sfida. Il nuovo sistema è stato progettato per essere razionale e universale, con unità basate su proprietà della natura piuttosto che su regi decreti o capricci di duchi e magistrati locali.

"L'idea era che queste misurazioni sarebbero state eterne e uguali per tutti, da tutte le parti, "ha detto Ken Alder, uno storico della scienza alla Northwestern University di Evanston, Malato.

L'unità fondamentale del sistema era il metro, che doveva essere un decimilionesimo della distanza dal Polo Nord all'equatore lungo il meridiano di Parigi. (Gli scienziati dell'epoca commisero un leggero errore nelle loro misurazioni, e il misuratore è circa 2 millimetri più lungo di quanto dovrebbe essere.)

Allo stesso tempo, il chilogrammo è stato definito come la massa di 1, 000 centimetri cubi di acqua a 4 gradi Celsius.

Queste unità furono adottate dalla Repubblica francese nel 1795, anche se in pratica le persone hanno continuato a utilizzare le proprie misurazioni locali per decenni.

"Non è che tutti siano saliti sul carro non appena il sistema metrico è stato formalizzato, " ha detto Barry Taylor, uno scienziato emerito al NIST. "Non è stato assolutamente così".

I paesi in Europa e Sud America hanno adottato il sistema metrico per tutto il 19esimo secolo. Nel 1875, i delegati degli Stati Uniti e di altri 16 paesi hanno firmato il Trattato del Metro a Parigi. Ha stabilito un sistema universale di unità basato sul metro, il chilogrammo e il secondo che semplificherebbe il commercio tra le nazioni. (Il secondo è stato definito come 1/86, 400 del tempo medio impiegato dalla Terra per completare una singola rotazione sul proprio asse.)

Sebbene il metro e il chilogrammo fossero basati sulle dimensioni della Terra, erano ufficialmente definiti da manufatti in metallo, tra cui Le Grand K, che furono fusi a Londra nel 1889 e conservati in un caveau nel seminterrato del nuovo Ufficio internazionale dei pesi e delle misure a Sèvres, Francia. I paesi membri hanno ricevuto una delle 40 repliche precise.

Il Trattato del Metro istituì anche la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (CGPM), un gruppo internazionale incaricato di studiare e votare le modifiche proposte alle unità di misura per tutti gli Stati membri.

"La metrologia è una scienza vivente, " ha detto Schlamming.

Il CGPM approvò altre tre unità di base nel 1954:l'ampere per la corrente elettrica, il kelvin per la temperatura termodinamica e la candela per l'intensità luminosa.

Nel 1967, ha ridefinito il secondo basandosi sulle oscillazioni di un atomo di cesio-133, un pendolo molto più preciso e affidabile della rotazione leggermente traballante della Terra.

Nel 1983, il metro divenne la prima unità metrica legata a una proprietà fondamentale dell'universo quando fu ridefinito come la distanza percorsa dalla luce nel vuoto nel {99, 792, 458 di secondo.

"Oggi possiamo misurare la distanza dalla Terra a un satellite a 6 chilometri di distanza con la squisita precisione di 6 millimetri, " ha detto Schlamminger. "Prova con un metro".

Eppure il chilogrammo è rimasto legato alla massa di Le Grand K, un oggetto così prezioso che veniva rimosso dalla sua volta a tripla chiusura solo una volta ogni 40 anni per la pulizia e la calibrazione.

I metrologi hanno desiderato aggiornare la definizione del chilogrammo fin dai primi anni del 1900, ma la capacità di misurare la costante di Planck con la necessaria precisione si è materializzata solo di recente.

La costante di Planck è un numero che mette in relazione l'energia e la frequenza della luce, un po' come pi greco mette in relazione la circonferenza e il diametro di un cerchio. I progressi tecnologici che hanno fissato il valore della costante sono arrivati ​​a singhiozzo.

Negli anni '70, gli scienziati del National Physical Laboratory britannico hanno sviluppato un nuovo tipo di scala che mette in relazione la massa con la forza elettromagnetica. È stata chiamata la bilancia Kibble in onore del suo inventore, Bryan Kibble, e sebbene non fosse ancora abbastanza preciso per ridefinire il chilogrammo, suggeriva una strada da percorrere.

Entro il 2005, le misurazioni effettuate con la bilancia Kibble erano migliorate abbastanza che un gruppo di ricercatori noto tra i metrologi come la Gang of Five ha scritto un articolo intitolato, "Ridefinizione del chilogrammo:una decisione il cui momento è giunto".

"Quel giornale ha davvero iniziato tutta questa odissea, " ha detto Schlamming.

Nel 2013, esperti hanno convenuto che per modificare la definizione, gli istituti nazionali di metrologia dovrebbero misurare la costante di Planck con una precisione di 20 parti per miliardo, e mostrare che due diversi metodi di misurazione produrrebbero la stessa risposta.

"Un esperimento potrebbe avere un difetto nascosto, ma se hai due approcci assolutamente diversi e sono d'accordo, allora le probabilità che tu ti sbagli completamente sono davvero molto basse, " ha detto Ian Robinson, ricercatore presso il Laboratorio Nazionale di Fisica.

I saldi delle crocchette fornivano un valore. L'altra misurazione ha coinvolto una sfera delle dimensioni di una palla da softball di puro silicio arricchito. La struttura della sfera da 1 chilogrammo, e gli atomi al suo interno, ha permesso agli scienziati di misurare con precisione la costante di Avogadro, che mette in relazione il numero di atomi o molecole in una sostanza con la sua massa. Questo è stato usato per determinare la costante di Planck con l'aiuto di equazioni ben comprese.

"La sfera di silicio è servita come controllo sull'approccio al bilanciamento di Kibble, " ha detto Taylor.

Una filosofia simile dell'uso di costanti fisse è alla base delle nuove definizioni di mole, il kelvin e l'ampere. Dopo lunedì, la mole sarà definita dal valore della costante di Avogadro, il kelvin dal valore della costante di Boltzmann (che mette in relazione la temperatura con l'energia), e l'ampere per il valore della carica elementare, la più piccola carica osservabile nell'universo.

"Tutti hanno accesso a queste costanti fondamentali, Schlamminger ha detto. "Non discriminano tra ricchi e poveri. Tutto ciò di cui hai bisogno è un po' di fisica".

Né discriminano tra i terrestri e gli esseri altrove nell'universo. Proprio come la prima iterazione del sistema metrico ha semplificato la comunicazione e il commercio tra le nazioni, le unità appena definite potrebbero un giorno aiutare l'umanità a comunicare con gli extraterrestri, hanno detto gli scienziati.

"Se entriamo in contatto con gli alieni, di cosa parleremo con loro? Fisica. Non c'è nient'altro, " disse Schlamminger. "Ma se dici agli alieni che le nostre unità di misura si basano su un pezzo di metallo, sarai lo zimbello della galassia."

Gli scienziati non sanno come le nuove unità influenzeranno le scoperte future, ma è certamente possibile che lo faranno. Per esempio, il secondo può ora essere misurato in modo così preciso che i ricercatori possono rilevare piccoli cambiamenti nel campo gravitazionale terrestre perché il tempo si sposta un po' più velocemente quanto più si allontana dal centro di gravità.

"Signore Kelvin, uno dei leader nel campo della metrologia ha detto, 'Misurare è sapere, '", ha detto Copan. "Poiché siamo in grado di misurare con crescente precisione, siamo in grado di imparare di più sui fondamenti del nostro universo e sui fondamenti della vita."

Robinson ha affermato che le nuove definizioni consentiranno agli scienziati di aprire la loro immaginazione intorno alle possibilità di misurazione.

"Da ora in poi, non devono pensare a questo pezzo di platino e iridio a Parigi, devono solo pensare alla fisica, " Egli ha detto.

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