Quanto costa un chilogrammo? 1, 000 grammi. 2.20462 sterline. O 0,0685 lumache basate sul vecchio sistema gravitazionale imperiale. Ma da dove viene effettivamente questa quantità e come si può essere sicuri di utilizzare la stessa misura?

Dal 1889, i paesi che sono membri della Conferenza generale dei pesi e delle misure hanno concordato di utilizzare un blocco standard di metallo - tenuto vicino a Parigi - per definire il chilogrammo. Ma sebbene il blocco moderno sia immagazzinato in un ambiente altamente controllato, il suo peso può variare di piccole quantità poiché l'usura fa perdere massa e lo sporco lo fa aumentare. Per affrontare questo problema, scienziati di tutto il mondo hanno trascorso quasi due decenni a discutere su come il chilogrammo potrebbe invece essere definito in relazione a misurazioni costanti della natura. E ora hanno finalmente preso una decisione.

Il primo chilogrammo (originariamente chiamato tomba) fu definito nel 1793 da una commissione dell'Accademia francese delle scienze, che voleva uno standard migliore rispetto alle quantità fisse di grano che erano state tradizionalmente utilizzate. La commissione ha deciso che la nuova misura sarebbe la massa di un decimetro cubo di acqua distillata a 4℃ (la temperatura alla quale l'acqua ha la sua massima densità in condizioni standard). Ciò aveva il vantaggio che i laboratori più adeguatamente attrezzati sarebbero stati in grado di riprodurre questo standard. Successivamente, un prototipo di questa massa è stato fuso in ottone.

Sfortunatamente, questa definizione di massa dipendeva da un'altra misura variabile, il metro. A questo punto, il metro è stato solo provvisoriamente definito come parte della distanza dal Polo Nord all'equatore. Una volta definiti con maggiore precisione il valore del contatore e la temperatura dell'acqua nella sua massima densità, anche il chilogrammo doveva essere sostituito. E un nuovo prototipo è stato fuso in platino per rappresentare questa massa.

Infine, questo è stato sostituito con il prototipo internazionale di chilogrammo (IKP) utilizzato oggi, fuso da una miscela di platino e iridio per renderlo molto duro ed evitare che reagisca con l'ossigeno. L'IPK e sei copie sono conservate dall'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure nel Pavillon de Breteuil, Saint-Cloud, vicino a Parigi in Francia per fungere da riferimento per misurare contro. Copie dell'IPK vengono trasportate in tutto il mondo per garantire che tutti i paesi partecipanti utilizzino lo stesso standard.

Ma anche il moderno IPK può cambiare gradualmente in massa. radicalmente, la risposta dell'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure è di rivedere le definizioni di chilogrammo, così come tutte le altre unità di misura di base utilizzate nella scienza (note come unità SI, dal francese per sistema internazionale).

Invece di misurare il chilogrammo rispetto a un blocco conservato in un caveau, possiamo definirlo in base a precisi valori di costanti di natura. Concordare una definizione ha richiesto molto tempo perché dovevamo essere in grado di misurare queste costanti secondo standard rigorosi con un'incertezza di 30 parti per miliardo (il che significa che le misurazioni sono accurate a 0,00000003 di unità).

Gli scienziati lo hanno già fatto per lungo tempo. Un secondo non è più una frazione del tempo che impiega la Terra per girare, che può cambiare man mano che il globo accelera o rallenta. Anziché, un secondo è ora definito dal tempo che impiega una certa quantità di energia per essere rilasciata come radiazione dagli atomi di Cesio-133. Nello specifico, un secondo è uguale a 9, 192, 631, 770 transizioni nei livelli iperfini dello stato fondamentale di Cesio-133. Questo è lo stesso, non importa quando o dove viene misurato.

Gli scienziati sono stati quindi in grado di ridefinire il metro in relazione alla seconda e ad un'altra costante naturale, la velocità della luce nel vuoto (c), che gli scienziati hanno calcolato come 299, 792, 458 metri al secondo. Quindi un metro è ora la lunghezza percorsa dalla luce in 1/c di secondo.

La nuova definizione del chilogrammo utilizza una misurazione da un altro valore fisso dalla natura, costante di Planck (h), che sarà definito come 6.62607015×10 ⁻³⁴ joule secondi. La costante di Planck può essere trovata dividendo la frequenza elettromagnetica di una particella di luce o "fotone" per la quantità di energia che trasporta.

La costante viene solitamente misurata in joule secondi, ma può anche essere espressa come chilogrammo metri quadrati al secondo. Sappiamo cos'è un secondo e un metro dalle altre definizioni. Quindi sommando queste misure, insieme ad una conoscenza esatta della costante di Planck, possiamo ottenere un nuovo, definizione molto precisa del chilogrammo.

Altre unità

Parte del motivo per cui la creazione della nuova definizione ha richiesto così tanto tempo è dovuto al fatto che gli scienziati hanno dovuto creare dispositivi molto precisi per misurare la costante di Planck con un grado di precisione sufficientemente elevato. Il metodo è stato anche controverso perché interromperà il legame che il chilogrammo ha con altre unità SI di base, in particolare la talpa, che misura la quantità di una sostanza in termini di numero di particelle di cui è composta. Alcuni scienziati hanno proposto metodi alternativi di conseguenza.

Ma a seguito di un voto simbolico, la nuova definizione del chilogrammo sarà utilizzata dall'International Bureau of Weights and Measures e dagli istituti di misurazione nazionali di tutto il mondo, insieme a nuove definizioni delle restanti unità SI di base, la Talpa, il kelvin (temperatura), l'ampere (corrente) e la candela (intensità luminosa).

Per la maggior parte delle persone, la vita di tutti i giorni continuerà normalmente nonostante le ridefinizioni. Un sacchetto standard di zucchero conterrà tanto zucchero quanto ne ha mai avuto. Ma alcuni di questi cambiamenti, per esempio al kelvin, significherà vantaggi pratici per gli scienziati che effettuano misurazioni molto precise. E per rispondere alla domanda "quanto costa un chilogrammo", non dovremo più confrontare blocchi di platino o preoccuparci di graffiarli.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.