Da oggi, le unità di misura elettriche di differenza di potenziale, il volt, e di resistenza elettrica, l'ohm, sono diventate più piccole! Significa che per esprimere la stessa grandezza sarà necessario un numero più grande...
Perché il volt e l'ohm sono dimagriti?
Oggi, 20 maggio 2019, è il World Metrology Day, la Giornata Mondiale della Metrologia, cioè della scienza della misurazione. Proprio la data di oggi è stata scelta per l'entrata in vigore delle definizioni del nuovo SI, il Sistema Internazionale delle unità di misura. Il cambiamento epocale consiste nel non aver definito le nuove unità di misura basandole su degli esperimenti o delle tecniche riproducibili in laboratori specializzati, e nemmeno su dei campioni di misura materiali (come succedeva fino a ieri per il kilogrammo, il cui campione veniva conservato presso l'Ufficio Internazionale di Pesi e Misure in Francia); quelle che si sono definite, invece, sono sette costanti della fisica: la frequenza di radiazione della transizione iperfine del cesio 133 (va be', questa è un po' difficile da capire ma si chiama così), la velocità della luce, la costante di Planck, la carica elementare, la costante di Avogadro, la costante di Boltzmann, l'efficienza luminosa. Da queste costanti gli scienziati ricaveranno le unità di misura nel miglior modo possibile nel momento in cui eseguiranno l'esperimento. In questo modo, viene un po' a cadere la distinzione tra unità di misura e quelle derivate. In altre parole, qualsiasi unità di misura che venga realizzata a partire dalle costanti fondamentali potrebbe essere chiamata "unità di base", tuttavia la distinzione tra unità di base e derivate rimane per motivi di uniformità con il passato (potremmo anche dire, per tradizione…)
Quindi le unità di base del Sistema Internazionale sono ancora:
- il secondo (simbolo s), che si ricava a partire dalla definizione di frequenza di radiazione del cesio 133
- il metro (m) che si ricava dalle definizioni di velocità della luce e frequenza di radiazione del cesio 133
- il kilogrammo (kg) che si ricava dalla definizione di costante di Planck
- l'ampere (A) che si ricava dalla carica elementare e dalla frequenza di radiazione del cesio 133
- la mole (mol) che si ricava dalla costante di Avogadro
- il kelvin (K) che si ricava dalla costante di Boltzmann
- la candela (cd) che si ricava dalla efficienza luminosa
(Siccome vi voglio bene, non vi scrivo tutti i simboli e i valori numerici…)
Tuttavia, giusto per fare un esempio, poiché oggi risulta semplice e preciso realizzare il volt o l'ohm attraverso esperimenti di fisica quantistica legati all'effetto Josephson e all'effetto Hall quantistico, l'ampere si può convenientemente ricavare da queste due unità attraverso la legge di Ohm (I=V/R), invece che dalla carica elementare e dal secondo. Magari, un giorno, diventerà più semplice realizzare l'ampere a partire proprio dalla definizione del SI e allora gli scienziati (i metrologi) lo faranno, senza bisogno di cambiare le definizioni del Sistema Internazionale! Proprio questo è uno dei grandi vantaggi del nuovo SI, la capacità di adattarsi al progresso scientifico e tecnologico senza la necessità di essere ritoccato ogni volta che si rendono disponibili nuovi metodi di misura.
Un altro vantaggio consiste nel non dover realizzare l'unità di misura nella scala in cui è definita. Mi spiego meglio con un esempio: ieri, se volevo realizzare un campione di lavoro per misurare massa dell'ordine del milligrammo, dovevo partire dal kilogrammo campione conservato in Francia, costruirmene una "copia" tarata, e poi tarare dei campioni da un ettogrammo, da un decagrammo, un grammo, e via via a scendere fino al milligrammo (cioè un milionesimo di kg) e perfino di un microgrammo… In questo modo, a ogni passaggio si introducono delle imprecisioni che si accumulano generando la cosiddetta incertezza di misura. Oggi, invece, potrei creare un campione di misura direttamente di 1 mg o di 1microgrammo, migliorando notevolmente la precisione.
Ma allora cos'è successo al volt? Cos'è successo all'ohm?
Poc'anzi accennavo al fatto che il volt può essere ricavato dall'effetto Josephson che è legato a un'altra costante detta costante di Josephson. Questa costante si calcola a partire dalla carica elementare e dalla costante Planck che, a loro volta, sono appena state definite con valori numerici leggermente diversi da quanto venne stabilito precedentemente. Quindi la costante di Josephson è leggermente cambiata e l'effetto di tale cambiamento è stato un volt un pochino più piccolo. Una cosa simile è successa per l'ohm: anche la costante di von Klitzing, caratteristica dell'effetto Hall quantistico, si calcola dalla carica elementare e dalla costante di Planck, e anche qui l'effetto delle nuove definizioni è stato di far dimagrire l'ohm.
Ma non dobbiamo preoccuparci, la nostra vita non cambierà: le nostre radio e antenne continueranno a funzionare come prima e, tutto sommato, anche gli strumenti di misura che usiamo nei nostri shack e nei nostri laboratori casalinghi. I cambiamenti di cui parlo, seppur notevoli da un punto di vista scientifico, sono troppo modesti per potersene accorgere nella stragrande maggioranza delle applicazioni pratiche!
Mi piacerebbe ricordare il nome dello scienziato che, nella ventiseiesima Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure ha detto una cosa del tipo: "Ora le definizioni sono fissate una volta per sempre… finché non ci sarà bisogno di cambiarle..."
Fonte: articolo prodotto in proprio dalla risoluzione n. 1 approvata nel corso della 26a Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure il 16 novembre 2018.
