Con Avogadro dal salumiere? Nasce il nuovo kg


29/02/2016

Penseremo ad Amedeo Avogadro ogni volta che, con qualche ansia, controlliamo il nostro peso sulla bilancia del bagno o entriamo in un negozio con la lista della spesa? E’ possibile. A lui, torinese, nato nel 1776 e morto nel 1856, e al suo celebre “Numero”, farà forse riferimento il chilogrammo-campione del futuro.  

 

Spinge in questa direzione una recente stima estremamente precisa di quel Numero che Avogadro – pur avendolo concepito nel 1811 – non poté mai conoscere. I primi a darne una stima piuttosto buona furono Einstein nel 1905 e poi il chimico francese Jean Perrin. A scuola abbiamo imparato che vale circa 6 x 10 elevato alla 23. La nuova misura, frutto di una collaborazione mondiale e pubblicata sulla rivista del Bureau International des Poids et des Mesures è incredibilmente accurata: 6,0221476 x 10 alla 23. L’incertezza è ridotta a 2 parti su 100 milioni.  

 

Si è così raggiunto l’obiettivo di precisione richiesto perché al Numero di Avogadro si possa ancorare il nuovo campione del kg. Per dare un’idea degli ordini di grandezza di cui stiamo parlando, tutte le stelle esistenti nell’universo (in media 100 miliardi per galassia, e a loro volta le galassie sono circa 100 miliardi) sono appena un centesimo del Numero di Avogadro. Il quale corrisponde al numero di atomi o molecole presenti in una “mole”. Ricordiamo che la “mole” è l’unità di misura di sostanza e corrisponde a una massa il cui valore espresso in grammi è uguale alla massa molecolare. Per esempio, l’acqua, la cui molecola contiene due atomi di idrogeno (peso atomico 1+1) e un atomo di ossigeno (peso atomico 16) avrà una massa molecolare complessiva 18; quindi 18 grammi di acqua conterranno un numero di molecole pari al Numero di Avogadro. Cioè 100 volte più molecole di acqua di tutte le stelle dell’universo… 

 

L’unità di massa (che per noi terrestri è anche l’unità di peso) è l’ultima a fare ancora riferimento a un campione fisico, il prototipo internazionale del chilogrammo (detto “Le Grand Kilo) composto da una lega di platino e iridio, realizzato nel 1875 e conservato a Sèvres, vicino a Parigi, nel famoso istituto che è il “sancta sanctorum” della metrologia mondiale. Tralasciamo le intricate vicissitudini metrologiche di questo cilindro di metallo prezioso. Ciò che importa è che non è riproducibile senza incorrere in un errore di circa 2 microgrammi (milionesimi di grammo) mentre i metrologi tendono, nelle altre misure fondamentali, a un errore virtualmente uguale a zero. Un errore di 2 microgrammi per kg, moltiplicato per tutte le pesate che si fanno ogni giorno del mondo, significa un numero imprecisato di tonnellate.  

 

Ma non è questo il solo problema. Ancora più imbarazzante è che “Le Grand Kilo”, che viene periodicamente ripulito e controllato, nelle revisioni che si sono succedute sembra perdere peso. Negli ultimi 100 anni si è alleggerito di 50 microgrammi, una quantità 25 volte più grande del suo errore di riproducibilità. I motivi di questo fenomeno non sono chiari: è possibile che il metallo sublimi (cioè evapori) o che ne sfuggano minuscole bollicine di gas. 

 

Da decenni i metrologi sono alla ricerca di un nuovo kg campione che sia stabile e ben riproducibile. Tra le varie proposte, le migliori fanno riferimento al Numero di Avogadro e alla costante di Planck (passando per la bilancia di Watt). Altre ipotesi sotto esame sono quelle di utilizzare la levitazione di un superconduttore o di accumulare ioni d’oro: entrambe dipendono da fenomeni elettrici e quindi da altre unità di misura. Infine, da quando il valore della costante di Josephson e della costante di von Klitzing sono note con sufficiente precisione, è diventato possibile definire il kg come “quella massa che subisce una accelerazione di 2 × 10−8 m/s² se soggetta alla forza che si sviluppa tra due conduttori retti, paralleli, di lunghezza infinita e sezione circolare trascurabile, posti nel vuoto alla distanza di un metro, attraverso cui scorre una corrente elettrica costante di 6,241 509 629 152 65 × 1018 cariche elementari (ovvero 1 coulomb) al secondo”. 

 

Francamente, fa venire la nostalgia di quel bel cilindro di iridio-platino, e pazienza se dal salumaio bara un po’ sul peso. Attraente è invece il kg campione riferito al Numero di Avogadro. Su di esso molto ha lavorato e lavora l’INRiM, l’Istituto nazionale di ricerca metrologica con sede a Torino. Nel corso di questo lavoro è stato messo a punto un oggetto bellissimo nella sua sovrumana perfezione: una sfera di quarzo – biossido di silicio – della quale possiamo dire, con un po’ di esagerazione, gli atomi sono stati contati uno per uno. La nuova stima del Numero di Avogadro, con l’esigua incertezza di 2 parti su 100 milioni, è stata ottenuta su una sfera di silicio isotopicamente purissimo calibrato con una tecnica a raggi X e interferometria (foto) rispetto al quale il cilindro metallico di Sèvres diventa qualcosa di rudimentale. 

 

Grande ammirazione, dunque, per i metrologi e i loro strenui sforzi di precisione. Guardando i giornali e seguendo tg e talk show, un giornalista (questo) si domanda se sia possibile trovare una unità di misura anche per pesare e soppesare le informazioni che ogni giorno ci bombardano. Potrebbe chiamarsi nano-sallustri o pico-belpietro? 

 

Intanto a misurare la serietà delle informazioni ci prova il blog “Bufale un tanto al chilo ”.  

D’accordo, il chilo non sarà ancora preciso come vorrebbero i metrologi, ma per pesare certe informazioni basta e avanza. 

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