Il chilogrammo non pesa più un chilogrammo. Questa triste notizia è stata annunciata durante un seminario al CERN giovedì, 26 ottobre dal professor Klaus von Klitzing, Premio Nobel per la Fisica nel 1985 per la scoperta dell'effetto Hall quantizzato. "Stiamo per assistere a un cambiamento rivoluzionario nel modo in cui viene definito il chilogrammo, "dichiarò.

Insieme ad altre sei unità – metro, secondo, ampere, Kelvin, Talpa, e candela – il chilogrammo, un'unità di massa, fa parte del Sistema Internazionale di Unità (SI) che viene utilizzato come base per esprimere in numeri ogni oggetto o fenomeno misurabile in natura. L'attuale definizione di questa unità si basa su un piccolo cilindro di platino e iridio, noto come "le grand K", la cui massa è esattamente un chilogrammo. Il cilindro è stato realizzato nel 1889 e, da allora, è stato tenuto al sicuro sotto tre campane di vetro in un caveau ad alta sicurezza alla periferia di Parigi. C'è un problema:l'attuale chilogrammo standard sta perdendo peso. Circa 50 microgrammi, all'ultimo controllo. Abbastanza per essere diverso dalle sue copie un tempo identiche conservate nei laboratori di tutto il mondo.

Per risolvere questo problema del peso (y), gli scienziati hanno cercato una nuova definizione del chilogrammo.

Alla Conferenza Generale quadriennale su Pesi e Misure del 2014, la comunità scientifica metrologica ha formalmente accettato di ridefinire il chilogrammo in termini di costante di Planck (h), una quantità quantomeccanica che mette in relazione l'energia di una particella con la sua frequenza, e, attraverso l'equazione di Einstein E = mc2, alla sua massa. La costante di Planck è uno dei numeri fondamentali del nostro universo, una quantità fissata universalmente in natura, come la velocità della luce o la carica elettrica di un protone.

Alla costante di Planck verrà assegnato un valore fisso esatto basato sulle migliori misurazioni ottenute a livello mondiale. Il chilogrammo verrà ridefinito attraverso la relazione tra la costante di Planck e la massa.

"Non c'è niente di cui preoccuparsi, " dice Klaus von Klitzing. "Il nuovo chilogrammo sarà definito in modo tale che (quasi) nulla cambierà nella nostra vita quotidiana. Non renderà nemmeno il chilogrammo più preciso, lo renderà solo più stabile e più universale."

Però, il processo di ridefinizione non è così semplice. Il Comitato Internazionale dei Pesi e delle Misure, l'organo di governo responsabile di garantire l'accordo internazionale sulle misurazioni, ha imposto requisiti rigorosi sulla procedura da seguire:tre esperimenti indipendenti che misurano la costante di Planck devono concordare il valore derivato del chilogrammo con incertezze inferiori a 50 parti per miliardo, e almeno uno deve raggiungere un'incertezza inferiore a 20 parti per miliardo. Cinquanta parti per miliardo in questo caso equivalgono a circa 50 microgrammi, circa il peso di una ciglia.

Due tipi di esperimenti si sono dimostrati in grado di collegare la costante di Planck alla massa con una precisione così straordinaria. Un metodo, guidato da un team internazionale noto come Progetto Avogadro, comporta il conteggio degli atomi in una sfera di silicio-28 che pesa quanto il chilogrammo di riferimento. Il secondo metodo prevede una sorta di scala nota come equilibrio in watt (o Kibble). Qui, le forze elettromagnetiche sono controbilanciate da una massa di prova calibrata secondo il chilogrammo di riferimento.

Ed è qui che l'importante scoperta fatta da Klaus von Klitzing nel 1980, che gli valse il Premio Nobel per la Fisica, entra in gioco. Per ottenere misurazioni estremamente precise della corrente e della tensione che costituiscono le forze elettromagnetiche nel bilancio dei watt, gli scienziati usano due diverse costanti universali quanto-elettriche. Una di queste è la costante di von Klitzing, che si conosce con estrema precisione, e può a sua volta essere definita in termini della costante di Planck e della carica dell'elettrone. La costante di von Klitzing descrive come la resistenza viene quantizzata in un fenomeno chiamato "effetto Hall quantistico", un fenomeno quantomeccanico osservato quando gli elettroni sono confinati in uno strato metallico extrasottile sottoposto a basse temperature e forti campi magnetici.

"Questa è davvero una grande rivoluzione, " dice von Klitzing. "In effetti, è stata soprannominata la più grande rivoluzione della metrologia dalla Rivoluzione francese, quando il primo sistema globale di unità fu introdotto dall'Accademia francese delle scienze."

Il CERN sta facendo la sua parte in questa rivoluzione. Il Laboratorio ha partecipato a un progetto metrologico lanciato dall'Ufficio metrologico svizzero (METAS) per costruire una bilancia in watt, che servirà a diffondere la definizione del nuovo chilogrammo attraverso misure estremamente precise della costante di Planck. Il CERN ha fornito un elemento cruciale del bilancio dei watt:il circuito magnetico, necessaria per generare le forze elettromagnetiche bilanciate dalla massa di prova. Il magnete deve essere estremamente stabile durante la misurazione e fornire un campo magnetico molto omogeneo.