Per essere pronta all’appuntamento con la scienza del futuro, la metrologia ha giocato d’anticipo votando a favore del nuovo Sistema internazionale delle unità di misura (Si). Presto, quindi, avremo misurazioni così precise e affidabili da essere in grado di stare al passo con sviluppi scientifici e tecnologici che oggi non riusciamo neppure a immaginare. Le unità di misura non vengono sostituite ma vanno in pensione le attuali definizioni delle sette unità di base (chilogrammo, metro, secondo, ampere, kelvin, mole e candela). Le nuove definizioni, che entreranno in vigore il 20 maggio 2019, in occasione della Giornata Mondiale della Metrologia, rappresentano un cambio di paradigma: si abbandona il riferimento a oggetti fisici e proprietà della materia per dare alle misure un fondamento non solo più solido, ma addirittura immutabile nel tempo e nello spazio.

Lo scorso 16 novembre, al Palazzo dei congressi di Versailles, in Francia, la XXVI Conferenza generale dei pesi e delle misure (Cgpm) si è conclusa con l’approvazione della revisione del Sistema internazionale, il sistema di misurazione fondato sulle sette unità di base e usato da oltre cento stati del mondo, che rappresentano oltre il 98% dell’economia mondiale. A pochi giorni dal termine dell’evento, l’Inrim − Istituto nazionale di ricerca metrologica − si è assunto il compito di illustrare ai propri connazionali quello che è stato deciso a Versailles, organizzando a Roma, il 20 novembre scorso, una conferenza stampa presso l’hotel Nazionale, in piazza Montecitorio.
Sono intervenuti: Lorenzo Fioramonti, viceministro dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, Mario Fiorentino, direttore generale per il mercato, la concorrenza, il consumatore, la vigilanza e la normativa tecnica del Ministero dello sviluppo economico, Diederik Wiersma, presidente dell’Inrim, Maria Luisa Rastello, direttore scientifico dell’Inrim e membro del Comitato internazionale dei pesi e delle misure, Giuseppe Rossi, presidente di Accredia (l’ente nazionale di accreditamento designato dal Governo italiano ad attestare la competenza, l’indipendenza e l’imparzialità degli organismi di certificazione, ispezione e verifica, e dei laboratori di prova e taratura).

Tra le ultime scienze a formarsi, la metrologia moderna muove i primi passi ai tempi della Rivoluzione francese, quando viene istituito il sistema metrico decimale. Esigenze diverse convergono a promuovere la sua nascita: aspirazione all’uguaglianza e alla democrazia, risoluzione di problemi commerciali e di natura geografica dovuti al proliferare di sistemi di misura differenti, richiesta di un linguaggio comune con cui scambiare informazioni e verificare e confrontare dati e risultati scientifici. Ma occorre attendere ancora quasi un secolo, fino al 1875, per giungere alla firma di un trattato internazionale, la Convenzione del metro. Questo accordo, firmato a Parigi dai rappresentanti di 17 paesi, tra i quali l’Italia, pone le basi dell’attuale Sistema internazionale delle unità di misura, che assumerà questa denominazione solo nel 1960.

Da fine Ottocento ai giorni nostri molte cose sono cambiate: oggi aderiscono alla Convenzione del Metro 60 paesi membri e 42 stati ed economie associati. Le unità di misura di base, che un tempo erano solo tre – chilogrammo, metro e secondo – sono divenute sette: dapprima sono stati aggiunti ampere, kelvin e candela e, infine, nel 1971, è stata introdotta la mole. In origine le unità erano definite in riferimento a oggetti fisici o proprietà della materia o fenomeni naturali. Il metro campione, ad esempio, era una barra di platino-iridio e l’unità di misura per il tempo era legata alla rotazione della Terra. Col passare degli anni alcune definizioni sono cambiate. Nel secolo scorso gli scienziati hanno imparato a misurare con sempre maggiore accuratezza il valore delle costanti della fisica e si sono accorti di come possano offrire un riferimento molto più stabile per la definizione delle unità di misura. Nel 1967 il valore del secondo, l’unità di misura di base del tempo, viene quindi legato all’oscillazione dell’atomo di cesio. Nel 1979 la candela, unità dell’intensità luminosa, viene agganciata al valore dell’efficacia luminosa. Nel 1983 è la volta del metro, ridefinito sulla base della velocità  della luce nel vuoto, un’altra costante. Restano da trovare le costanti adatte per chilogrammo, ampere, kelvin e mole.

La situazione più “scandalosa” è quella che riguarda l’unità di misura della massa, ancora legata a un oggetto fisico, un cilindro di platino-iridio, detto dagli addetti ai lavori “Grand Kilo”. È questo il prototipo internazionale, conservato al Bureau di Parigi, in cassaforte, sotto tre campane di vetro. Nonostante ogni cautela e precauzione nel proteggerlo e trattarlo, il Grand Kilo risulta essere “dimagrito” di 50 microgrammi nel corso della sua esistenza, che risale alla fine dell’Ottocento. Gli scienziati hanno lavorato per decenni per trovare un sostituto affidabile.

“L’Inrim ha contribuito con il progetto Avogadro − spiega il presidente Diederik Wiersma −. Altri istituti si sono concentrati sull’esperimento della Bilancia del watt o Bilancia di Kibble, dal nome dello studioso che l’ha sviluppata, in cui la potenza elettrica viene confrontata con la potenza meccanica generata da una massa. La bilancia di Kibble e il progetto Avogadro hanno permesso di stabilire un valore accurato della costante di Planck, la costante fondamentale della fisica quantistica, facendone il riferimento per la ridefinizione del chilogrammo”. Anche il valore della costante di Avogadro è stato fissato grazie ai risultati raggiunti dalla Bilancia di Kibble e dal progetto Avogadro, portando alla ridefinizione della mole, unità di misura della quantità di sostanza. L’ampere, unità di base della corrente elettrica, sarà legato a un’altra costante, la carica elementare, mentre il kelvin, unità della temperatura termodinamica, sarà fondato sulla costante di Boltzmann, anch’essa oggetto di ampi studi da parte dell’Inrim.

“Per la prima volta nella storia, quattro unità di misura di base vengono ridefinite nello stesso momento. Inoltre tutte le unità del Sistema internazionale (SI) saranno legate alle costanti. Per l’entrata in vigore del nuovo SI è stata scelta una data simbolica: il 20 maggio 2019, Giornata mondiale della Metrologia, celebrazione dell’anniversario della firma della Convenzione del Metro − commenta Maria Luisa Rastello, direttore scientifico dell’Inrim −. Con l’utilizzo delle costanti della fisica ci assicuriamo che la definizione delle unità di misura dia ovunque lo stesso risultato, sulla Terra come su Marte. Ci basiamo infatti sulle leggi fisiche, che, come tutti sanno, sono le stesse in ogni parte dell’universo. Le leggi naturali forniscono quindi le regole per misurare”. Le costanti sono disponibili ovunque, al contrario degli oggetti fisici.

Sulla pagina Facebook dell’Inrim è disponibile una serie di approfondimenti sul tema.

“Quanto è stato deciso nei giorni scorso a Versailles non deve turbare il cittadino: le unità di misura non cambiano e continuano ad avere lo stesso valore e la stessa utilità. Cambiano le loro definizioni, cioè i loro riferimenti  − assicura Vito Fernicola, consigliere di amministrazione dell’Inrim e vicepresidente di Accredia −. Non è la prima volta: l’uomo ha cominciato a misurare usando come riferimento se stesso, con le misure antropomorfe o gli oggetti d’uso comune, poi la Terra e le sue dimensioni. Oggi gli orizzonti si sono spalancati: abbiamo imparato a misurare con le leggi dell’universo”.

Il rinnovamento del Sistema internazionale apre scenari ancora inediti, ma che si annunciano promettenti perché da sempre le grandi scoperte avvengono anche grazie a misure più precise. Come la ridefinizione del secondo ha permesso di sviluppare la navigazione satellitare, ci si aspetta che ulteriori e sorprendenti sviluppi possano scaturire dal cilindro della metrologia in ogni settore: dalla scienza alla tecnologia, dall’ambiente alla salute, dallo sfruttamento delle risorse energetiche al commercio.