Nel 2018 “nuove” costanti fisiche e unità di misura

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Mancano tre anni al “restyling” delle costanti fondamentali della natura e del Sistema Internazionale delle unità di misura. A spiegarlo è un report uscito nei giorni scorsi sulla rivista Journal of Physical and Chemical Reference Data, che riassume quanto è avvenuto al Fundamental Constant Meeting 2015, un congresso svoltosi in Germania, a Eltville, in cui quasi 80 fisici di tutto il mondo hanno fatto il punto sulla determinazione sperimentale delle costanti fisiche e sul loro utilizzo per definire le unità di misura.

Se un alieno vi contattasse via radio e vi chiedesse quanto siete alti, ma voi poteste rispondere solamente a parole, senza usare immagini, sarebbe un bel grattacapo rispondergli. Einstein, però, ci ha insegnato che la velocità della luce è la stessa sempre e per tutti: potreste quindi sfruttare questo fatto e dire all’amico alieno: «Siamo alti circa un metro, che è la distanza che la luce percorre nel vuoto in tot milionesimi di secondo». I numeri non sarebbero forse molto maneggevoli, ma sareste sicuri che lui vi capirebbe perfettamente.
Definire il metro usando la velocità della luce non serve solo per semplificare le conversazioni con gli abitanti di altri mondi. Al contrario, ha notevoli applicazioni pratiche: basta pensare che quel valore è usato in ogni dispositivo GPS per mostrarvi istante per istante dove vi trovate. Oltre agli aspetti applicativi, l’insieme delle costanti fisiche rappresenta il riferimento più universale e stabile che abbiamo a disposizione per spiegare le proprietà della natura e dell’universo.

Per questo è importante misurare con accuratezza sempre maggiore i valori delle costanti fisiche, e definire le unità di misura fondamentali a partire da quei valori. I motivi per farlo sono almeno due: il più “pratico” è che i valori di certe costanti, come quella di Planck, sono stati a lungo oggetto di dibattito, che ora – stando a quanto è emerso dal convegno di febbraio – sembra aver trovato un soddisfacente punto d’accordo. Il secondo motivo è che, una volta definite a partire da costanti fisiche, le unità di misura risultano fissate, sperabilmente, una volta per tutte. Questo però non è ancora stato fatto per tutte le unità di misura fondamentali: all’appello mancano infatti il kilogrammo e il grado kelvin, che misurano rispettivamente la massa e la temperatura.

Quanto vale un kilogrammo, in particolare, è ancora stabilito sulla base di un campione materiale custodito a Sèvres, nei dintorni Parigi. Il fatto che il campione, in quasi un secolo e mezzo, abbia perso parte del suo peso è ormai fonte di un certo imbarazzo per i fisici, che infatti stanno lavorando per ridefinire il kilogrammo a partire dalla costante di Avogadro. Anche il grado kelvin è tuttora definito, come quello Celsius, a partire dal punto triplo dell’acqua: per sciogliere completamente i legami con gli oggetti fisici, il “nuovo” grado kelvin verrà stabilito usando la costante di Boltzmann, che regola la termodinamica.

Le nuove definizioni di kilogrammo e grado kelvin, oltre ai valori aggiornati delle principali costanti fisiche, verranno presentati nel 2018 dallo statunitense National Institute for Standard and Technology (NIST).
Peter Mohr, che appartiene a questo istituto ed è tra gli autori del report sul Fundamental Constant Meeting, a tal proposito commenta: «In futuro, le nuove definizioni renderanno esatte molte costanti fisiche che vengono misurate oggi. Altre, sebbene non siano esatte, saranno più accurate».

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