Gli esperti della Conferenza generale dei pesi e misure (Cgpm), riuniti in sessione plenaria a Versailles, erano presenti i delegati di 62 paesi di tutto il mondo, hanno approvato il nuovo Sistema internazionale delle unità di misura (Si), ridefinendo de facto le definizioni di sette unità di misura fondamentali: chilogrammo, metro, secondo, ampere, kelvin, mole e candela.

Le novità sono state presentate il 20 novembre a Roma, nella conferenza stampa Innovation in Measurement, tenuta dagli esperti dell’Istituto nazionale di ricerca metrologica (Inrim), l’ente italiano che contribuisce a realizzare, mantenere e sviluppare i campioni nazionali di riferimento delle unità di misura del Sistema internazionale, garantendo così la riferibilità di ogni misurazione al sistema stesso.

Si tratta, dicono i promotori dell’iniziativa, di un cambiamento epocale nella metrologia (la scienza che studia la misurazione delle grandezze fisiche e sceglie i sistemi di unità di misura più appropriati), perché lega le definizioni delle unità fondamentali a costanti fondamentali della fisica e non a oggetti materiali (come il campione del chilogrammo conservato a Sèvres) soggetti a cambiamento nel tempo.

Per comprendere portata e motivi del cambiamento è necessario anzitutto ripercorrere le tappe principali della definizione delle grandezze fondamentali e delle unità di misura.

Il Sistema internazionale è nato a opera della Conférence générale des poids et mesures e del Bureau international des poids et mesures (Bipm), istituiti nel 1875 in seno alla cosiddetta Convenzione del metro.

Nel corso della prima conferenza, si tenne nel 1889, fu istituito il sistema Mks, che comprendeva le unità fondamentali di lunghezza (metro), peso (chilogrammo) e tempo (secondo). Bisognerà aspettare quasi mezzo secolo per il primo ampliamento: nel 1935, su proposta del fisico italiano Giovanni Giorgi al sistema fu aggiunto l’ohm, unità di misura della resistenza elettrica.

Successivamente, nel 1946, l’ohm fu sostituito dall’ampere, unità di misura della corrente elettrica. Con la decima conferenza generale dei pesi e delle misure, nel 1954, furono aggiunti il kelvin, per la misura della temperatura, e la candela, per la misura dell’intensità luminosa.

Nel 1972, infine, la quattordicesima conferenza sancì l’aggiunta della mole, per la misura della quantità di sostanza, completando così le sette grandezze fisiche fondamentali e le corrispondenti unità di misura in uso ancora oggi.

Dalle grandezze fondamentali si ricavano le cosiddette grandezze derivate, ossia tutte quelle che si possono esprimere come loro prodotto o rapporto. L’energia, che nel Sistema internazionale si misura in joule, dimensionalmente equivalente al prodotto di chilogrammo per metro al quadrato diviso secondo al quadrato.

O la potenza, che si misura in watt ed equivale dimensionalmente al rapporto tra joule e secondo. La resistenza, che originariamente era stata inclusa nelle grandezze fondamentali, è espressa oggi nel Sistema internazionale come rapporto tra il potenziale elettrico (a sua volta rapporto tra energia e corrente) e corrente elettrica.

Ecco, nello specifico, come cambieranno le definizioni delle sette unità di misura fondamentali:

Chilogrammo
Prima. La massa del cilindro di platino-iridioconservato all’Ufficio internazionale dei pesi e delle misure a Sèvres.
Dopo. Sarà ridefinito in termini della costante di Planck, sarà realizzato attraverso una speciale bilancia detta bilancia di Kibble e non sarà più necessario riferirsi al campione di Sèvres.

Ampere
Prima. L’intensità di corrente che, se mantenuta in due conduttori lineari paralleli di lunghezza infinita e sezione trascurabile, posti a un metro di distanza l’uno dall’altro nel vuoto, produce tra questi una forza pari a 2×10^-7 newton per ogni metro di lunghezza.

Dopo. L’ampere sarà definito dal valore numerico della carica elementare fissato a 1,602176634×10^-19 coulomb e sarà realizzato attraverso speciali circuiti che contano gli elettroni.

Kelvin
Prima. La frazione pari a 1/273,16 della temperatura assoluta del punto triplo dell’acqua.

Dopo Definito a partire dal valore numerico della costante di Boltzmann k, ovvero 1,38064852×10^-23 joule su kelvin.

Mole
Prima. La quantità di sostanza di un sistema che contiene un numero di entità pari al numero degli atomi presenti in 12 grammi di carbonio-12.
Dopo La mole sarà legata alla costante di Avogadro: contiene esattamente 6,022214076×10^23 entità elementari (atomi, molecole e così via).

Metro
Il metro è già oggi definito a partire dal valore numerico fissato della velocità della luce nel vuoto pari a 299.792.458 metri al secondo.

Candela
La candela è già oggi definita dal valore numerico fissato dell’efficacia luminosa di una radiazione monocromatica di frequenza 540×10^12 hertz, fissato a 683 quando espresso in lumen per watt (eguale a una candela steradiante per watt).

Secondo
Il secondo è già oggi definito dal valore numerico fisso dell’inverso della frequenza di transizione tra due livelli iperfini del cesio-133, pari a 9192631770 hertz.

Arnaud Daniels