Il chilogrammo ‘cambia peso’. E non sarà una passeggiata

Come forse saprete, il buon vecchio chilogrammo campione di Parigi, che attualmente si porta sulle spalle il peso di tutte le bilance del mondo, sta per cessare l’attività, sostituito da un sistema di riferimento molto preciso e complesso basato sulla forza elettromagnetica. Vi chiederete voi: perché si deve pensionare quel semplice cilindretto di platino-iridio, piccolo più o meno come un’albicocca (oltre 20 volte più denso dell’acqua) con un macchinario complesso e costoso?

Il problema è che l’attuale sistema di riferimento della massa è complicato e relativamente impreciso. Non basta dare ad ogni Paese un chilogrammo identico al prototipo: i cilindretti infatti col tempo guadagnano o perdono massa secondo meccanismi non ancora chiari e quindi imprevedibili. E’ per questo che nel 1889 venne forgiata una serie di 18 campioni, oltre ad un cilindro designato a domarli (e nel buio incatenarli?).

Periodicamente, gli istituti metrologici dei vari Paesi compilano l’apposito modulo di richiesta e spediscono i campioni nazionali a fare una gita in Francia per essere confrontati con una delle dieci copie “di lavoro” del prototipo. Prima di ogni confronto, però, i campioni devono essere lavati con una lunga e complessa procedura (prima solventi, poi pulizia a vapore con acqua bi-distillata) per rimuovere ogni deposito senza sfregarli, per non consumarli.

Solo ogni 40 anni l’Unico Cilindro viene rimosso dalle due campane di vetro per esercitare il suo dominio, ed è da questi confronti che si è scoperto che il prototipo ha finora perso circa 50 microgrammi rispetto alle sue copie. Non si capisce bene perché in assenza di una pietra di paragone assoluta, non si capisce neanche se è lui a dimagrire o sono le copie ad ingrassare. Se fosse stato lui a perdere peso, allora ci ritroveremmo ingrassati noi (anche se solo nominalmente) di un quinto di chicco di riso. Da un punto di vista tecnologico invece non così è trascurabile: le più precise bilance attuali riescono a confrontare due campioni con la precisione del nanogrammo (ovvero, un millesimo di microgrammo). Inoltre, l’imprecisione dovuta al cambiamento di massa si ripercuote sulle misure di altre grandezze che da essa dipendono, come le forze, la pressione, la densità e tante altre, e la precisione è importante perché più le misure sono precise, meglio conosciamo i fenomeni. Dalla conoscenza all’applicazione pratica il passo è spesso relativamente breve, come ha detto Ian Mills, ex presidente del comitato consultivo per le unità di misura: “Quando ridefinimmo il metro, nessuno sapeva che farsene. Ma dopo 10 o 15 anni venne usato per lanciare satelliti in orbita e creare il Gps”.

Così, alcuni scienziati si sono messi a studiare come superare sia il problema della variazione di massa che il problema dell’unicità del campione. Per farlo si deve ridefinire il chilogrammo riconducendolo ad una grandezza fisica universalmente misurabile , in modo che ogni Paese si possa avere un campione in casa propria. L’accordo è stato trovato sul metodo della bilancia di Kimble: in pratica è una bilancia nella quale il peso posato su uno dei due piatti non viene controbilanciato da un altro peso, ma dalla forza generata da una corrente elettrica che scorre in un filo immerso in un campo magnetico. Una volta misurata la corrente X necessaria a sostenere il chilogrammo campione si potrà definire il chilogrammo come “la massa che viene controbilanciata dalla corrente X” (espressa nei termini della costante di Planck).

Detta così sembra facile, ma per farlo con la precisione necessaria è tremendamente complicato. Per minimizzare tutti gli effetti che possono influenzare il risultato (tra cui la spinta di Archimede dovuta all’aria, le variazioni dell’accelerazione di gravità, addirittura le posizioni di sole e luna) serve un dispositivo molto costoso (oltre 1,5 milioni di dollari) che necessita del lavoro continuativo di 3-5 esperti di altissimo livello. Insomma, non proprio un investimento alla portata di tutti: ma almeno saremo al riparo dal rischio di un’impennata di svariati milligrammi dei temuti responsi delle bilance delle farmacie!

In pratica, si passerà dal potere di uno solo al potere di coloro che se lo possono permettere… ma la speranza è che col tempo le bilance di Watt diventino più economiche e alla portata di tutti i Paesi. Andrà bene anche al cilindretto, che pur perdendo il dominio assoluto scamperà la sorte del suo mitologico collega anulare. Invece che nelle viscere del Monte Fato finirà in un museo, libero dall’incombenza delle levatacce quarantennali con tanto di lavaggio al vapore tramite le quali ha deciso il nostro peso per 130 anni filati.