Le costanti fondamentali sono grandezze fisiche di natura universale. Per esempio, la velocità della luce nel vuoto e la carica di un singolo elettrone sono le stesse ovunque nell'universo. Ecco perché gli scienziati vorrebbero utilizzare quantità invarianti della natura per definire le sette unità di misura di base del Sistema Internazionale di Unità (SI), o il moderno sistema metrico decimale, piuttosto che fare affidamento su misurazioni di artefatti fisici.

Secondo una recente valutazione e aggiornamento dei valori delle costanti fondamentali da parte dei ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST), le incertezze nelle misurazioni delle costanti sono state ora ridotte a livelli così estremamente bassi che tutte le unità SI possono ora essere collegate ad esse.

Questo nuovo e ridefinito SI andrà a beneficio della scienza, tecnologia, l'industria e il commercio contribuendo a garantire la stabilità a lungo termine di queste unità di base e dell'intero sistema di misurazione internazionale.

L'ultimo aggiornamento dei valori delle costanti fondamentali è stato scritto da Peter Mohr del NIST, David Newell e Barry Taylor, che guida il Task Group internazionale sulle costanti fondamentali del Committee on Data for Science and Technology (CODATA). Questo gruppo di attività aggiorna i valori ogni quattro anni. Le nuove grandezze rappresentano l'ultimo adeguamento complessivo dei valori delle costanti. Nell'estate del 2017, il gruppo di lavoro effettuerà un aggiornamento speciale per produrre i valori finali per quattro costanti fondamentali che saranno adottati nell'autunno del 2018 da un organismo internazionale noto come Conferenza generale dei pesi e delle misure (Conférence Générale des Poids et Mesures, o CGPM).

Le sette unità di base nel SI sono il metro, chilogrammo, secondo, ampere (una misura della corrente elettrica), kelvin (una misura della temperatura), mole (una misura della quantità di una sostanza) e candela (una misura dell'intensità luminosa). L'obiettivo del nuovo SI è definire tutte queste unità completamente in termini di costanti fondamentali con valori esatti. Alcune costanti, come la velocità della luce, sono attualmente definiti in questo modo, come quantità esatte.

Esempi di costanti fondamentali vanno dalla grandezza della carica elementare di un singolo elettrone o protone allo straordinario numero di particelle in una mole di una sostanza, descritto dalla costante di Avogadro. Un altro esempio è la costante di Planck, una quantità al centro della fisica quantistica che verrà utilizzata per ridefinire il chilogrammo come proprietà invariante della natura invece di un cilindro standard di platino-iridio.

La valutazione e l'aggiornamento riducono le incertezze nelle costanti di Planck e Avogadro di quasi quattro volte rispetto alla valutazione precedente, a sole 12 parti per miliardo. Queste incertezze sono diminuite riconciliando le misurazioni in diversi dispositivi di "bilanciamento dei watt" in tutto il mondo e nuove misurazioni a raggi X altamente accurate di una sfera di silicio delle dimensioni di una softball che è un cristallo quasi perfetto ed è costituito quasi interamente dallo stesso isotopo di silicio (99,9995 percento di silicio-28). L'aggiornamento riduce l'incertezza relativa di quasi due volte, a 0,6 parti per milione, per la costante di Boltzmann, che può essere utilizzato per determinare la quantità di energia in un gas a una certa temperatura.

"Le ridotte incertezze in queste quattro costanti fisiche fondamentali sono molto significative, " ha detto il chimico del NIST Donald Burgess, co-editore di Journal of Physical and Chemical Reference Data ( JPCRD ). "Queste ormai piccolissime incertezze nelle costanti consentiranno al CGPM di rivedere il Sistema internazionale di unità in modo che le sette unità di base siano esattamente definite in termini di costanti fondamentali. A sua volta, molte equazioni che descrivono le leggi della natura, come la relazione tra energia e temperatura espressa attraverso la costante di Boltzmann, saranno ora esatte e non dipenderanno da unità di misura che hanno incertezze intrinseche a causa del modo in cui sono attualmente definite."