RIP il chilogrammo, che non sarà mai più lo stesso

La maggior parte delle persone sa quanto pesa una sterlina - 16 once. Il mondo tra noi può sapere che un chilogrammo è di 2,2 libbre - o 1.000 grammi. Ma noi veramente sapere cosa significano questi numeri? Accettare le unità di misura è molto più complicato di quanto possa sembrare, e il modo in cui gli umani concordano sui pesi in tutto il mondo sta per cambiare completamente.

Per oltre un secolo, lo standard mondiale per il chilogrammo è stato il Prototipo Internazionale del Chilogrammo, un cilindro fatto di platino e iridio conservato presso il Bureau International des Poids et Mesures (Ufficio internazionale dei pesi e misure) in Francia. Il BIPM è un'organizzazione internazionale che aiuta a standardizzare la scienza e il commercio internazionale stabilendo standard per le misure su cui tutti possiamo essere d'accordo. Questo è il motivo per cui il BIPM ha l'IPK: senza questo piccolo cilindro pesante, il mondo non avrebbe un chilogrammo standard per determinare cosa pesa un chilogrammo. Copie dell'IPK (a volte chiamata affettuosamente "Le Grand K") sono state distribuite in tutto il mondo in modo che i paesi membri possano mantenere lo standard, e ogni 40 anni l'IPK viene misurato per assicurarsi che sia ancora un chilogrammo. Recenti misurazioni hanno dimostrato, tuttavia, che le masse di questi Grand K sono divergenti, il che potrebbe significare caos per il commercio, la scienza e potenzialmente campi sensibili come la missilistica, in cui i calcoli devono essere precisi.

Questo sistema può sembrare bizzarro e arcaico, ma c'è una buona ragione per cui il mondo ha usato questo peso di riferimento per così tanti anni: è davvero difficile capire quale sia il chilogrammo in un altro modo. Ecco perché.

Considerando che possiamo pensare che le diverse unità di misura siano le loro leggi naturali, definite in riferimento l'una all'altra - ad esempio, un giorno è 24 ore e un'ora è 60 minuti, e un minuto è 60 secondi - la verità è che le unità di misura la misurazione è stata storicamente definita in termini di qualche fenomeno concreto nel mondo. In metrologia, lo studio della misurazione, questi fenomeni concreti sono noti come artefatti.

Mentre l'ingegnere aerospaziale Max Fagin ha delineato in un tweet il giovedì, gli scienziati hanno fatto molta strada nel corso degli anni per capire come andare oltre gli artefatti in modo che possano misurare le cose senza doverle mettere accanto ad altre cose. Ad esempio, un secondo è stato misurato come 1 / 31556925,9747 del tempo impiegato dalla Terra per aggirare il sole. Ora è definito come la quantità di tempo che impiega un elettrone in un atomo di cesio 133 per oscillare 9.192.631.770 volte. Questo può sembrare inutilmente specifico e francamente bizzarro, ma definendo un'unità di misura in termini di comportamento di un atomo, gli scienziati possono dire con un discreto grado di certezza che un secondo è un secondo, non importa dove ti trovi nell'universo - e no importa se hai un cronometro.

In breve, gli scienziati hanno spostato il punto di riferimento standard per le misurazioni su oggetti fatti dall'uomo e su costanti universali. Tutto tranne il chilogrammo.

Novembre è qui, e questo significa che sta arrivando un enorme cambiamento. E per "massiccia" mi riferisco ovviamente alla ridefinizione dell'unità di massa del chilogrammo che il mondo sta costruendo da oltre 100 anni. Lasciatemi spiegare: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Max Fagin (@MaxFagin), 1 novembre 2018

Il secondo, come il chilogrammo, il metro e altre quattro unità, costituisce le unità Systéme International. Queste sono le unità di misura di base su cui sono basati tutti gli altri. Oggigiorno, la maggior parte delle unità SI può essere determinata senza alcun tipo di artefatto, ma misurare un chilogrammo è molto più difficile perché richiede calcoli complessi che sono resi più complicati dalla gravità. Dopotutto, mentre spesso pensiamo alla massa e al peso come lo stesso, non lo sono. La massa, misurata in chilogrammi, è quanto la materia è in un oggetto. Ma è così che gli scienziati pianificano di rendere l'IPK obsoleto.

4 / Alla base di questa torre ci sono le unità base SI. Solo 7 unità base SI definiscono ogni altra unità esistente. Loro sono:

Chilogrammo, kg (massa)

Metro, m (distanza)

Secondo, s (tempo)

Kelvin, K (temp)

Ampere, A (corrente elettrica)

Candela, cd (intensità luminosa)

Mole, mol (quantità) pic.twitter.com/Qe2jS13kEn

- Max Fagin (@MaxFagin), 1 novembre 2018

È qui che entra in gioco l'equilibrio di Kibble per salvarci. Questo dispositivo, che è in fase di sviluppo da più laboratori. Il National Institute of Standards and Technology negli Stati Uniti e il National Physical Laboratory in Inghilterra stanno entrambi lavorando su questo dispositivo, che si spera possa ridefinire il chilogrammo in termini di costante di Planck, un numero fondamentale per la nostra comprensione della meccanica quantistica. In breve, questo dispositivo non determina la massa misurando il peso, ma misurando la forza elettromagnetica tra due piastre. Oh, e tutto è fatto nel vuoto.

Il Kibble Balance, per dirla semplicemente, dovrebbe essere in grado di misurare la massa di un oggetto - l'IPK, ad esempio - in termini di energia elettrica. Per ottenere tutta la matematica coinvolta, controlla il video qui sotto. Per tutti quelli che non sono interessati alla fisica, tuttavia, basti dire che l'equilibrio di Kibble dovrebbe aiutare gli scienziati a ridefinire il chilogrammo.

"Una delle ragioni principali per fare questo lavoro è fornire sicurezza internazionale", ha dichiarato a Ian Robinson, capo della divisione di misurazione ingegneristica del National Physical Laboratory. Delano. "Se il Pavillon de Breteuil" - dove è conservato l'IPK - "bruciato domani e il chilogrammo nelle sue tombe si è sciolto, non avremmo avuto più riferimenti per il sistema di pesi metrici del mondo. Ci sarebbe il caos. L'attuale definizione del chilogrammo è il peso di quel cilindro a Parigi, dopotutto."

E questo non è abbastanza buono per la scienza internazionale.