L'alba di una nuova era

A partire da maggio 2019, la massa di un chilogrammo non si basa più sul prototipo internazionale (IPK) di Parigi e viene ora definita mediante l'uso di costanti fisiche fondamentali. METTLER TOLEDO ha svolto un ruolo decisivo in questo storico cambiamento.

Quanto pesa esattamente un chilogrammo? Il sistema internazionale delle unità di misura (SI) ha di recente ridefinito le unità di misura di base, che vengono ora ricavate da costanti fisiche fondamentali. 

Finora, l'IPK di Parigi era stato considerato come il riferimento della massa di un chilogrammo. Tuttavia, nel corso dei decenni, la massa del cilindro metallico è cambiata, arrivando a discostarsi incontrollabilmente da quella dei chilogrammi nazionali di tutto il mondo. Per il mondo della metrologia, questa condizione era insostenibile.

Negli anni, centinaia di scienziati di tutto il mondo hanno lavorato per rivedere il chilogrammo e, fin dal principio, sono stati coinvolti diversi esperti di METTLER TOLEDO. "Per la metrologia, si tratta della più grande rivoluzione in oltre 200 anni", ha dichiarato Luis Cachon, responsabile per la metrologia legale di METTLER TOLEDO.

METTLER TOLEDO ha apportato un significativo contributo a due soluzioni che supportano la nuova definizione. Un esempio è lo sviluppo di M_one, un comparatore di massa che consente di eseguire la taratura delle masse secondo i più elevati livelli di accuratezza. Gli istituti di metrologia nazionali, come il famoso Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) tedesco, usano il comparatore M_one per determinare la massa di nuovi oggetti sferici in silicio ultrapuro. Un vantaggio del silicio monocristallino risiede nel fatto che la sua struttura atomica viene disposta uniformemente nell'intero cristallo. Dopo aver misurato il volume e la superficie di una sfera di silicio, gli scienziati possono determinare il relativo contenuto di atomi. Di conseguenza, il chilogrammo può essere definito utilizzando il numero dei suoi atomi e quindi non dipende più da una massa di riferimento locale. Gli istituti di metrologia di tutto il mondo che sono dotati di questa tecnologia possono duplicare questo processo. "Chiunque disponga dello strumento è più o meno in grado di produrre il proprio chilogrammo", conferma Javier Levitt, della Divisione laboratorio.

Un altro modo per definire il chilogrammo è quello di utilizzare una bilancia di Watt. Presso l'Istituto federale svizzero di metrologia (METAS) di Berna, i fisici utilizzano una bilancia di Watt per confrontare la potenza meccanica con quella elettrica. La bilancia impiega la forza elettromagnetica per sospendere una massa. Anche per questo esperimento, viene impiegata una cella di misura METTLER TOLEDO insieme allo strumento M_one, che è indispensabile per trasferire il chilogrammo.

I vari istituti nazionali di metrologia possono scegliere quale delle due varianti utilizzare. "In generale, riportare tutto alle costanti fondamentali della natura assicura che l'unità del chilogrammo possa diventare più stabile", spiega Luis Cachon. "I miglioramenti in termini di accuratezza della determinazione della massa avanzano alla stessa velocità dei progressi tecnologici".

Per i consumatori, tuttavia, non cambierà nulla. Questa ridefinizione non ha alcun impatto sulla vita quotidiana al di fuori degli istituti di metrologia. Ma cosa accadrà al prototipo internazionale del chilogrammo dopo il 20 maggio? L'idea è quella di lasciarlo presso il BIPM (Ufficio internazionale dei pesi e delle misure), dove è attualmente conservato. Occasionalmente, la stabilità della sua massa continuerà a essere misurata.