Per 140 anni il “chilogrammo perfetto” è stato custodito sotto vuoto in due campane di vetro per evitare che venisse contaminato. Ora Le Grand Kilo va in pensione, e verrà sostituito con una formula universale che usa le leggi quantistiche della natura.

Ci sono storie che meritano di essere raccontate. La storia del Grand Kilo (alla francese) è una di quelle. Nascosto in un caveau fuori Parigi, sigillato sotto vuoto in due campane di vetro (foto sotto), il cilindro di metallo forgiato nel 1879 fu salutato come il “chilogrammo perfetto del Sistema Internazionale”, ovvero IPK (International Prototype Kilogram): E’ il chilogrammo di riferimento unico e internazionale, con cui sono stati confrontati gli altri chilogrammi.

Grande come una mela, l’oggetto che determina il peso del mondo non è uscito molto spesso dal caveau: gli idrocarburi (come il semplice passaggio di un’automobile nelle vicinanze), il metallo e l’umidità avrebbero potuto contaminarne la superficie. Il Kilo perfetto è rimasto intatto per decenni. Un piccolo cilindro di lega di platino-iridio è stato per quasi 140 anni il punto di riferimento mondiale per l’unità di massa.

Quando il Peso ha un enorme peso

Talmente venerato da essere stato “pesato” solo quattro volte, dal 1889, e la stanza che lo ospita nel Padiglione di Breteuil può essere aperta solo quando i tre possessori delle chiavi – di nazionalità diverse per ragioni di sicurezza – aprono la serratura contemporaneamente. Ogni 40 anni fa un’apparizione. Il peso viene tirato a lucido, lavato con alcool, asciugato e pesato, confrontato con 80 repliche ufficiali prese dai laboratori di tutto il mondo.

La Precisione

Questo sistema oggi sembrerà esagerato, ancorché assurdo, ma poco più di 200 anni fa regnava il caos: all’epoca solo in Francia esistevano 250.000 unità diverse di pesi e misure. Con l’adozione del sistema metrico, gli scienziati alla fine del XVIII secolo sentivano la necessità di identificare un campione (l’unità di misura) per ognuna delle 7 grandezze fondamentali della fisica: lunghezza, massa, tempo, corrente elettrica, temperatura, quantità di sostanza (mole) e intensità luminosa (candela). Il chilogrammo era solo uno dei sette standard di misurazione stabiliti dall’Accademia delle Scienze francese nel 1791, tutti basati su oggetti fisici. Poi con l’avanzare della fisica, della tecnologia e delle scoperte scientifiche, negli scienziati è sorta l’esigenza di passare da un oggetto fisico a una costante fondamentale.

Se vi capita di andare a Parigi, spendete 6 euro di biglietto d’ingresso e visitate l’osservatorio astronomico, uno dei più belli al mondo. Non avranno il bidè ma nelle sale all’interno si potrà osservare e “instagrammare” (perdonate il social-neologismo ndr) il “primo metro”, il primo campione di metro definito come “un 10 milionesimo della distanza dal Polo Nord all’equatore” sul meridiano passante per Parigi. In seguito il metro fu ridefinito e divenne un’asta metallica fino al 1983: anno in cui divenne “la distanza che la luce può percorrere attraverso il vuoto in circa un 300-milionesimo di secondo”.

Storie di Pesi e Misure

Altra storia per l’unità di misura del minuto secondo che, fino agli anni ’60, veniva definita come una frazione del tempo impiegato per effettuare la rotazione terrestre: oggi ufficialmente il secondo è definito come il momento in cui un atomo di Cesio 133 oscilla per 9.192.631.770 volte. “Anvedi come oscilla ‘sto Cesio!” (diciamo a Roma ndr).

Sala del Meridiano (o sala Cassini) all’Osservatorio di Parigi

Per la massa, ogni volta che gli scienziati dovevano verificare qualcosa che pesasse esattamente un chilogrammo, si rivolgevano a una delle repliche del Le Grand Kilo. E non solo: dal chilogrammo dipendono altre misure: misure di lavoro, misure di forza, misure di capacità, oppure misure di luminosità.

Un paio di esempi aiuteranno a comprendere l’importanza dell’unità di misura della massa:

1 joule è definito come la quantità di energia richiesta per spostare di 1 metro un oggetto del peso di 1 chilo.
1 chilogrammo pesa un litro d’acqua distillata contenuta in un decimetro-cubo di spazio

Grazie, ma di questi tempi se il chilo non pesa un chilo, allora sposto di un metro un’oggetto compiendo meno lavoro col rischio che mi riconoscano meno anni per la pensione. Stesso discorso vale per “la candela”, unità di misura dell’intensità luminosa, che a sua volta viene misurata in joule al secondo, lo stesso joule che dipende dal chilogrammo come sopra, e il cerchio si chiude.

Colpo di Scena!

E siccome la sfiga non si mette mai a dieta, il colpo di scena avvenne durante la pesata del 1988: l’IPK, il cilindro da 1 chilogrammo perfetto, pesava 0,05 milligrammi in meno, ovverosia un centesimo di milligrammo, il peso effimero di un granello di sabbia. Paradossalmente, l’IPK è l’unico oggetto nell’intero universo che non può perdere massa!

Quindi, se qualche tecnico incurante ha scheggiato per sbaglio un po’ di metallo dall’IPK, allora il peso che attribuiamo agli atomi aumenterebbe, dal momento che l’IPK pesa sempre 1 kg per definizione. Purtroppo non esistendo un metodo per misurare il numero di bestemmie in francese, questo portò gli scienziati a darsi da fare per trovare un campione più affidabile, una formula universale che potesse definire il chilogrammo una volta per tutte, senza decadimento temporale.

Il momento è arrivato. Nel 2018 un centinaio di scienziati da tutto il mondo si sono riuniti nel Palazzo di Versailles per la 26ª “Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure”, terminata il 16 novembre: sono stati loro a far cadere l’ultima unità di misura basata su un oggetto fisico, sostituendo l’onorato quanto vetusto Grand Kilo con una formula universale che usa le leggi quantistiche della natura. Il chilogrammo viene definito in base alla Costante di Planck (quella che si indica con la lettera “h”): “la costante della fisica” per eccellenza, il primo mattone della meccanica quantistica che attraversa tutto l’infinitamente piccolo (dalla gravità quantistica alla teoria atomica) e verso l’infinitamente grande (non a caso la prima mappatura della radiazione cosmica di fondo, l’eco del big bang, è stata ottenuta con la sonda Planck).

Definito dal fisico tedesco Max Planck (Kiel, 23 aprile 1858 – Gottinga, 4 ottobre 1947), gioca un ruolo centrale nella meccanica quantistica ed esprime la soglia di energia minima che può essere misurata su una particella.

Non è facile capirlo, ma gli scienziati rassicurano : “Questo cambiamento di definizione è una rivoluzione importante per i fisici e metrologi, ma tutto è stato fatto in modo che non v’è alcun impatto diretto nella vita quotidiana”. È tutto questo sarà frutto del lavoro di una “rivoluzione gentile” che ha occupato la comunità scientifica negli ultimi trenta anni. Trent’anni di ricerche per una “rivoluzione liscia”

Come pesare il Chilo? Due metodi

Vengono utilizzati due metodi di calcolo per collegare questa costante di Planck al chilogrammo.
Il primo, utilizzato da francesi, americani e canadesi, utilizza una bilancia di Watt, un dispositivo che converte una massa fisica in energia elettrica e viceversa.
Il secondo è contare il numero di atomi di una sfera di silicio considerata la più rotonda al mondo. Quest’ultimo è “il progetto Avogadro” , un’opzione scelta da italiani e tedeschi.

Questa nuova definizione del chilogrammo è stata ufficializzata il 20 maggio del 2019, giornata mondiale della metrologia. Il “Grand K”, rimarrà in servizio per diversi anni, il tempo per garantire la continuità tra la vecchia e la nuova definizione, prima di una meritata pensione.

Considerazioni Finali

Non sempre le storie sono a lieto fine: addio Grand Kilo, ti salutiamo come l’analogico salutò il digitale. Ma non è detta l’ultima parola: i supporti in Vinile sono resuscitati a pieno titolo “più belli e più superbi che pria” (cit. Petrolini). Chissà se un nuovo materiale più stabile potrà far resuscitare il Gran Kilo: per adesso, durante il “passaggio di consegne”, abbiamo “due pesi e una misura”.

Vincent
Scrittore, Musicista, Informatico

Fonti:
ilfoglio.it, articolo di Paolo Galati “La storia del Grand Kilo. Che ora potrà finalmente mettersi a dieta”
sinergica-soluzioni.it, articolo “Addio al Chilogrammo, arriva la bilancia di WATT”
Focus TV, Wikipedia