Chilogrammo di Sevrès, addio. Il 20 maggio, in occasione della Giornata mondiale della Metrologia, assieme al vecchio sistema di riferimento delle unità di misura è finito definitivamente in soffitta anche l’ultimo prototipo internazionale esistente, sostituito da “un’unità di massa uguale”, definita però attraverso una costante fisica universale, la costante di Planck.

Il campione del chilogrammo, su cui si misuravano tutti gli “altri” chilogrammi del mondo, è un cilindro fabbricato con una lega di platino e iridio di 39 millimetri di altezza e 39 millimetri di diametro. La pietra di paragone di tutti i chilogrammi del mondo riposa dal 1889 sotto tre campane di vetro che lo proteggono dalla polvere, in condizioni controllate di temperatura, pressione e umidità. Solo tre chiavi diverse, custodite da altrettante persone, possono aprire il caveau sotterraneo in cui è conservato, presso il Bureau International des Poids et Mesures a Sèvres, una ex riserva di caccia a metà strada tra Parigi e Versailles.

Già trent’anni fa che il chilogrammo di Sevrès non fosse del tutto inalterabile era un fatto pressoché assodato. Anche senza una prova definitiva, si era comunque scoperto che il prototipo misurava ormai 50 microgrammi in meno delle sue copie ufficiali (più o meno la massa di un granello di sabbia).

DI fronte allo scacco rappresentato dall’incertezza di avere riferimenti non costanti, la comunità scientifica internazionale si è messa al lavoro alla ricerca di standard alternativi, un’impresa durata alcuni decenni che ha prodotto un passaggio epocale nella scienza della misurazione.  Si tratta di “un vero e proprio salto concettuale: abbandoniamo i manufatti e andiamo sulle costanti universali”, spiega Massimo Pinto, fisico napoletano, ricercatore in dosimetria all’Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti presso l’Enea. Le definizioni, nel nuovo sistema, non sono più dipendenti da artefatti custoditi sulla Terra e chiunque in linea di principio può realizzare un esperimento con cui si realizza il chilo. Il primo ad essere stato sostituito è stato il metro: prima una barra realizzata in platino e iridio, poi definito attraverso la velocità della luce.

Il primo atto di questa rivoluzione risale al 16 novembre 2018. A Versailles la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (composta da 59 paesi) aveva finalmente votato una risoluzione per ridefinire tutte le unità di misura fondamentali a partire dal valore di alcune costanti fisiche universali.

Il 20 maggio scorso è stato compiuto l’ultimo passo con l’entrata in vigore del nuovo sistema internazionale basato sulle costanti fondamentali della fisica. La data coincide con la stipula della Convenzione del Metro, il trattato internazionale sulle unità di misura firmato a Parigi nel 1875 che ha istituito il primo sistema internazionale dei pesi e delle misure, una storia affascinante che Massimo Pinto racconta su Wikiradio (RaiRadio 3).

Misura per misura: la storia secolare della metrologia
Abbiamo imparato a misurare prima ancora di imparare a scrivere. Misurare ci ha permesso di cominciare a contare, le misurazioni ci hanno aiutato a diventare mercanti, costruttori, astronomi, navigatori, ingegneri e scienziati.

La metrologia ha mosso i primi passi migliaia di anni fa con riferimenti di misura legati inizialmente alle dimensioni dell’uomo. Dalla prima attestazione di uno standard permanente nel 2900 a.C., quando fu scolpito il cubito reale egiziano in granito nero partendo dalla lunghezza dell’avambraccio del faraone più la larghezza della sua mano, civiltà grandi e piccole si sono esercitate per secoli nel tentativo di individuare i propri standard di misura. Ma è con la Rivoluzione Francese e la creazione del sistema metrico decimale che si passa a riferimenti che hanno come ambiente la Terra e non più l’essere umano: l’atto di nascita della metrologia moderna. “Nel caso del metro si scelse di definire l’unità della lunghezza partendo dal meridiano terrestre (in particolare quello che passa per Parigi, noto come la Meridiana), ma misurarlo tutto sarebbe stato impossibile e per non dare l’impressione che la nuova unità di misura fosse solamente francese si scelse un arco del meridiano compreso tra Dunkerque a nord e Barcellona a sud”, racconta Pinto.

La Convenzione del Metro
Nella seconda metà dell’Ottocento, nella temperie della seconda rivoluzione industriale, l’esigenza di un sistema unificato di pesi e misure, maturata nella Francia dei Lumi con l’introduzione del sistema metrico decimale, diventa sempre più pressante.

Dal 1867 si comincia a discutere di un accordo internazionale che dovrebbe, nelle intenzioni dei promotori, risolvere i problemi connessi alla coesistenza di tante unità di misura diverse, facilitare lo scambio di informazioni e consentire agli scienziati di confrontare i risultati sulla base di un linguaggio comune.
Sono di nuovo i francesi a prendere l’iniziativa con Napoleone III che approva la costituzione di una commissione scientifica internazionale che concluderà i suoi lavori il 20 maggio del 1875, con la firma della Convenzione da parte dei 17 paesi aderenti (tra i quali il neonato Regno d’Italia). Il risultato è “una misura perfetta, un modello invariabile preso dalla natura; le nuove unità di misura non saranno più locali ed effimere ma universali ed eterne”.

In quel momento si parla di “sistema Mks” perché basato ancora su tre unità fondamentali (metro, chilogrammo e secondo). Si aggiungeranno più tardi ampere, kelvin e candela nel 1960 (anno di nascita del “Sistema internazionale di misura”) e, per ultima, la mole nel 1971. Alla fine il sistema risulterà costituito da sette unità fondamentali (chilogrammo, metro, secondo, ampere, il kelvin, la mole e la candela) da cui derivano tutte le altre che utilizziamo quotidianamente.

The universe in a nutshell
Nonostante questa tendenza un po’ paradossale all’evoluzione nel tempo per adeguarsi al progresso scientifico e tecnologico, il Sistema internazionale di misura ha rappresentato indubbiamente la migliore approssimazione possibile di un linguaggio comune in tutto il mondo per comunicare i risultati di una misurazione in modo che gli altri possano comprenderla alla perfezione.

Il nostro mondo globale non funzionerebbe senza un sistema internazionale di misura che storicamente nasce proprio per permettere il funzionamento di un mercato globale. Tutti i regolamenti tecnici sono basati su standard e questi standard sono basati su unità di misura. Grazie alla decisione di usare tutti le stesse unità di misura parti diverse di un motore, di un computer o di un telefono cellulare, costruite e assemblate in luoghi diversi del mondo riescono a funzionare insieme senza problemi. “La Convenzione del metro è praticamente ovunque, ogni giorno, anche se in modo silenzioso”, riassume Pinto.

Negli ultimi anni le esigenze di riferimenti di massa per valori molto bassi (come nel caso delle nanotecnologie) hanno rappresentato un’ulteriore spinta alla revisione dei riferimenti verso un nuovo sistema che non fosse soltanto in linea con quanto fatto fino a oggi ma che permettesse anche alle nuove tecnologie di trovare unità e riferimenti di misura adatti al loro sviluppo. La soluzione l’ha suggerita un grande fisico del passato, il premio nobel tedesco Max Planck (1858-1947), immaginando un sistema di unità di misura definite esclusivamente attraverso le costanti fondamentali della fisica che sostituisse di fatto i prototipi materiali con oggetti immateriali (che qualcuno ha ironicamente chiamato “le unità di Dio”). Le leggi della natura d’altra parte operano perfettamente dall’invisibile mondo dei quanti fino alle profondità dello spazio…

Il superamento del problema della riproducibilità delle misure sancito il 20 maggio dall’entrata in vigore del nuovo sistema basato sulle costanti della fisica sarà in grado di garantire uno stesso linguaggio, inalterato nel tempo, a un mondo ormai globalmente connesso. L’universale nel particolare…

Ascolta qui la storia raccontata da Massimo Pinto a WikiRadio.