Il chilogrammo ‘cambia peso’. E non sarà una passeggiata. / The kilogram 'changes weight'. And it will not be a walk.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

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 1889venne 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 di3-5 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.

ENGLISH

As you may know, the good old champion of Paris, who is currently carrying the weight of all the scales in the world, is about to cease business, replaced by a very precise and complex reference system based on electromagnetic force. You will ask yourself: why should you retire that simple platinum-iridium cylinder, little more or less like an apricot (over 20 times dense than water) with a complex and expensive machinery?

The problem is that the current mass reference system is complicated and relatively inaccurate. It is not enough to give each country a kilogram identical to the prototype: the cylinders in fact gain or lose weight by time, according to mechanisms not yet clear and therefore unpredictable. That is why in 1889, a series of 18 samples were forged, in addition to a cylinder designed to tame them (and in the dark chain them?).

Periodically, the metrology institutes of the various countries complete the application form and send the national samples to a trip to France to be compared to one of the ten prototype "work" copies. Before each comparison, however, the samples should be washed with a long and complex procedure (first solvents, then steam cleaning with distilled water) to remove any deposits without rubbing them, so as not to consume them.

Only once every 40 years, the only cylinder is removed from the two glass bells to exercise its dominance, and it is from these comparisons that it has been discovered that the prototype has so far lost about 50 micrograms compared to its copies. It is not well understood that in the absence of an absolute comparison stone, one does not even understand whether he or she is losing weight or making copies of it fatigued. If he was to lose weight, then we would find ourselves fattened (even if only nominally) of a fifth of rice grain. From a technological point of view, however, it is not so negligible: the most accurate current scales are able to compare two samples with the precision of nanogram (or a thousandth of a microgram). In addition, the inaccuracy due to mass change affects the measures of other magnitudes that depend on it, such as forces, pressure, density and many others, and precision is important because the more measures are precise, the better we know the phenomena. From knowledge to practical application, the pace is often relatively short, as Ian Mills, former chairman of the Advisory Committee for Measurement Units, said: "When we redefined the meter, no one knew what to do. But after 10 or 15 years it was used to launch satellites in orbit and create the Gps. "

Thus, some scientists have come to study how to overcome both the problem of mass variation and the problem of sample uniqueness. To do this you have to redefine the kilogram by recapturing it to a universally measurable physical size, so that each country can have a sample at home. The agreement was found on Kimble's balance method: in practice it is a balance in which the weight placed on one of the two plates is not counterbalanced by another weight but by the force generated by an electric current flowing in a drift in a magnetic field. Once measured the current X needed to support the sample kilogram, the kilogram can be defined as "the mass that is counterbalanced by the current X" (expressed in terms of Planck's constant).

That said seems so easy, but to do it with the necessary accuracy is tremendously complicated. To minimize all the effects that may affect the result (including Archimede's push due to the air, variations in gravity acceleration, even sun and moon positions), a very expensive device (over 1.5 million dollars) that requires continuous work of 3-5 senior experts. In short, not really an investment at the expense of everyone: at least we will be at risk of a flood of several milligrams of the feared responsibilities of pharmacy scales!

In practice, it will pass from the power of only one to the power of those who can afford it ... but the hope is that over time the Watt scales will become cheaper and within the reach of all countries. It will also be good for the cylinder, which, despite losing absolute dominion, will sweep away the fate of its mythological annulus colleague. Instead, in the bowels of Monte Fato, it will end in a museum free from the incompliance of forty years old with steam scrubbing through which it decided our weight for 130 years.

Da:

http://www.ilfattoquotidiano.it/2017/10/24/il-chilogrammo-cambia-peso-e-non-sara-una-passeggiata/3931756/