Si fa presto a dire 1 chilo

Addio vecchio chilogrammo: il nuovo chilo, unità di misura della massa del Sistema Internazionale, potrebbe essere presto ridefinito sulla base della costante di Planck. Mettendo fine alle preoccupazioni di chi lo vede ingrassare.

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Illustrazione: rappresentazione di un mono cristallo sferico di silicio. Sulla sua superficie si riflette il prototipo del chilo conservato a Parigi: la conta degli atomi del cristallo fornirà lo standard fisico per ridefinire il chilogrammo in modo indipendente da un manufatto.

A luglio, in occasione della Royal Society Summer Science Exibition, effettueremo una dimostrazione pubblica della misura della massa correlata alla costante di Planck, con tecnologie e strumenti alla portata di qualunque laboratorio (Terry Quinn, direttore emerito del Bureau International des Poids et Mesures)

Un chilo è sempre 1 kg, nel senso che qualunque sia la massa dell'international prototype of the kilogram (IPK), quella massa è per convenzione l'unità di massa - che sulla Terra coincide col peso. Realizzato nel 1875, il prototipo è un piccolo cilindro in lega di platino e iridio, protetto da tre campane di vetro una dentro l'altra, in un laboratorio ad atmosfera controllata, in un locale del Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) protetto come il caveau di una banca.
 
Da quando esiste, l'IPK - ossia il manufatto originale - è stato estratto dalla sua teca e usato in tre occasioni (agli inizi del '900, nel 1946 e poi nel periodo 1988/92), per confrontarlo con le 6 copie di sicurezza prodotte nel caso un giorno non fosse più disponibile l'originale stesso e per realizzare o calibrare le copie delle nazioni aderenti alla convenzione del metro, che hanno cioè adottato il Sistema internazionale delle unità di misura (SI). 
 
In Italia ci sono due copie del prototipo a Torino, all'Istituto nazionale di ricerca metrologica (l'Inrim) e altre due a Roma, sotto il controllo del Ministero dello sviluppo economico.

È nel corso di questi controlli che si è visto che - per quanto protetti - sui manufatti si formano depositi superficiali, prodotti di ossidazione che hanno un loro peso, e da qui la constatazione che il peso dei campioni non è un chilo ma qualcosa in più: una frazione piccola, a volte non superiore a pochi milionesimi di grammo, e tuttavia indizio di differenze tra i campioni stessi.
 
Il falso problema...
È questo fenomeno che ha recentemente portato alla ribalta la questione del chilo che ingrassa, un falso problema per Walter Bich (Inrim) dal momento che il fenomeno è noto da tempo e che esistono tecniche affidabili e collaudate per la perfetta pulizia dei campioni prima delle pesate. «È invece vero il contrario», afferma Bich, «il prototipo non guadagna peso, lo perde, e anche se la variazione è piccola e trascurabile nelle applicazioni pratiche, non lo è in quelle scientifiche.»
 
... e la questione di principio.
Non sembrano tanto importanti né la stima dell'attuale dimagrimento dell'IPK (dell'ordine dei miliardesimi di chilo rispetto a quando è stato costruito) né le cause, attribuite - senza effettive certezze - a fattori come l'evaporazione dell'idrogeno intrappolato nel suo reticolo atomico. «Piuttosto», sottolinea Bich, «non è rassicurante che la definizione di una unità di misura fondamentale come la massa sia legata a un prodotto umano, per sua natura mutevole.»

Per risolvere il problema negli anni scorsi sono stati avviati due filoni di ricerca per svincolare la definizione di chilogrammo dal prototipo di platino-iridio e legarla invece alla costante di Planck o alla costante di Avogadro: due fondamentali della fisica, la prima determinante in meccanica quantistica mentre la seconda esprime il numero di atomi in una determinata quantità di una sostanza. Le due ricerche non sono "concorrenti": la misura del valore di una costante permette di determinare il valore dell'altra.
 
Benché i due valori siano noti sufficientemente bene da poterli adottare come base per la ridefinizione del chilogrammo, ancora non c'è un numero sufficiente di esperimenti indipendenti. Quest'ultima condizione è indispensabile per agganciare il chilo a un fattore fisico elementare ma allo stesso tempo tanto sofisticato da richiedere, nel caso del Progetto Avogadro, la conta del numero di atomi in una sfera di silicio mono cristallino.
 
Se la soluzione annunciata da Terry Quinn permetterà di moltiplicare gli esperimenti, nel giro di poco tempo il chilo di platino-iridio andrà a riposo e avremo il nuovo chilo. Quanto peserà? 1 kg, è naturale.

11 Gennaio 2013 | Raymond Zreick

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