Ora è ufficiale. La velocità della luce è esattamente 299.762.458 metri al secondo. Non c’è nessuna ambiguità, nessuna di quelle ”barre di errore” con cui gli scienziati indicano le incertezze inerenti ad ogni misurazione. Il valore di questa fondamentale costante naturale è stato fissato arbitrariamente dal fiat internazionale.
Tuttavia, adottando un valore fisso per la velocità della luce, la Conferenza generale dei pesi e delle misure non sta cercando di prevaricare la natura. Invece, il 20 ottobre, ha dato al mondo uno standard di lunghezza più accurato, in cui il metro ora è derivato dal colore di un raggio laser con l’aiuto della velocità della luce concordata.
Facendo questo, la conferenza ha fatto un passo da gigante verso la semplificazione del nostro sistema di pesi e misure in modo che almeno alcune delle unità di base siano basate direttamente sul tempo.
Il metro ora è ufficialmente definito come la distanza percorsa dalla luce, nel vuoto, nell’arco di tempo incredibilmente breve di un secondo diviso per 299.762.458. Così le unità di lunghezza usate per descrivere l’altezza di una montagna o la portata del vostro avambraccio sono legate direttamente al secondo. Un giorno il chilogrammo, per esempio, potrebbe anche essere basato sul tempo.
Gli astronomi sono da tempo abituati a usare il tempo per definire un’unità di lunghezza con l’aiuto della velocità della luce. L’anno luce, con cui specificano la distanza di una stella, è la distanza che la luce percorre in un anno. Ma questo non è stato finora il caso delle unità di base standard (come il metro, il chilogrammo, il secondo o l’ampere) che, per accordo internazionale, sono alla base di tutti gli altri sistemi di misura. Anche l’anno luce è riferito in ultima analisi al metro standard.
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Finora, questo standard è stato fondamentalmente una lunghezza. Una volta era letteralmente la distanza tra due segni su una barra di platino-iridio tenuta dall’Ufficio internazionale dei pesi e delle misure di Parigi. Nel 1960, tuttavia, questo era diventato troppo rozzo per le misure di precisione di fisici e astronomi. Così il metro fu ridefinito a 1.650.763,73 lunghezze d’onda della luce rosso-arancione emessa da una lampada al krypton-86 (il krypton-86 è una delle varie forme di questo elemento). Ora anche questo standard è diventato troppo impreciso per le esigenze della scienza.
Questa ricerca di una precisione sempre maggiore è ciò che ha spinto i metro-logisti a basare l’unità di lunghezza sul secondo piuttosto che su una distanza fisica reale. La ragione principale è che il secondo è la più precisa di tutte le unità di base”, spiega Kenneth W. Evenson dell’US National Bureau of Standards (NBS). Può essere misurato meglio di una parte su 10.000 miliardi. Il misuratore di krypton era preciso a circa 4 parti su un miliardo.
Lo strumento chiave per legare il misuratore al secondo è il laser. La lunghezza d’onda della luce è legata matematicamente alla sua frequenza – la lunghezza d’onda è solo la velocità della luce divisa per la frequenza. E la frequenza, dice Evenson, può essere misurata da 1.000 a 10.000 volte più accuratamente della lunghezza d’onda.
Un laser fornisce il tipo di sorgente luminosa pura e stabile necessaria per questo lavoro di precisione. Poi, con l’uso di uno specchio, questa luce può essere fatta interagire con se stessa per produrre un modello caratteristico di linee chiare e scure chiamate frange. La spaziatura di queste frange è direttamente correlata alla lunghezza d’onda della luce. E poiché la lunghezza d’onda è accuratamente calcolata dalla frequenza della luce, un metrologo deve solo contare il numero appropriato di frange – cioè il numero appropriato di lunghezze d’onda – per stabilire un metro standard, spiega Evenson.
Siccome la misura della frequenza è direttamente collegata alla misura del tempo, l’accuratezza delle misure di frequenza, e quindi la precisione del metro standard, è ora legata direttamente alla precisione dell’orologio atomico, il più preciso di tutti gli standard attuali per pesi e misure.
Il lavoro di Evenson e dei suoi colleghi del laboratorio NBS di Boulder, Colo, ha contribuito a incoraggiare la Conferenza Generale su Pesi e Misure ad adottare la nuova definizione del metro. Già, dice, il metro standard è 10 volte più accurato di quando era basato sulla lunghezza d’onda della luce di krypton. Aggiunge che non dovrebbe essere difficile ottenere un altro decuplo della precisione.
Ma che dire delle altre unità? È realistico cercare di basare il chilogrammo sulle misure del tempo, per esempio, ora che questo è stato fatto per il metro? Evenson dice che non può immaginare come farlo per i gradi di temperatura o gli ampere di corrente elettrica. Ma dice che potrebbe essere possibile farlo per il chilogrammo misurando la distanza tra gli atomi nei cristalli di silicio. Se il numero di atomi in un volume standard di un tale cristallo potesse essere misurato accuratamente, questo potrebbe essere un modo per definire la massa (cioè il chilogrammo) in termini di lunghezza. Così, dice Evenson, con il metro e il chilogrammo legati al secondo, ”si potrebbe fare un lavoro abbastanza buono per ridurre il numero di unità di base in termini di secondo”
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