La costante di Planck alla scalata del chilogrammo / Planck's constant to the kilogram scale

La costante di Planck alla scalata del chilogrammo / Planck's constant to the kilogram scale



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

 La misurazione ultraprecisa della costante di Planck, che mette in relazione le particelle quantistiche con la loro energia, permetterà - grazie alla formula di Einstein E=mc2 - di dare una nuova definizione dell'unità di misura della massa. Il chilogrammo campione conservato a Parigi si è infatti dimostrato soggetto a variazioni.

E' la costante di Planck ad aver conquistato la pole position nella corsa per la nuova definizione del chilogrammo, l'unità di misura della massa secondo il Sistema internazionale delle unità di misura, che il Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) ha in programma di stabilire nel 2018.

O per lo meno, è quanto si può concludere da un articolo su "Review of Scientific Instruments" che descrive le prestazioni di un'apparecchiatura - una sofisticata bilancia di Watt, chiamata NIST-4 - messa a punto dai ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) a Gaithersburg, in Maryland.

Dal 1875 a oggi il chilogrammo è definito come la massa equivalente a quella di un cilindro campione di platino-iridio conservato presso il BIPM di Parigi. La definizione presenta però due gravi inconvenienti.

Poiché è estremamente importante che il campione non subisca alterazioni, accedervi è complesso e le tarature vengo fatte quasi sempre su copie del campione. Inoltre, a dispetto di tutte le cautele con cui è conservato, nei 127 anni della sua esistenza la massa del campione è variata di circa 50 microgrammi. E questo è un inconveniente decisamente più grave per un'unità di misura che dovrebbe per definizione essere stabile.



Per questo si è deciso di sostituire alla definizione attraverso un campione una definizione che faccia riferimento a un'altra entità fisica che si sa essere costante. Invece di definire la costante in termini di massa, insomma, si definirà la massa in termini di quella costante.

Le costanti in lizza per soppiantare il campione di Parigi sono due: una è la costante di Avogadro, che esprime il numero di particelle 
contenute in una mole di una sostanza, per esempio di atomi contenuti in una mole di carbonio 12, che corrisponde a 12 grammi.

La seconda è appunto la costante di Planck, che associa la frequenza di una particella quantistica alla sua energia, che a sua volta può essere correlata alla massa attraverso la formula E = mc2 della teoria della relatività di Einstein.

I responsabili del BIPM chiedono però che la costante destinata a sostituire il campione di Parigi venga valutata con estrema precisione da più misurazioni indipendenti che diano lo stesso valore con uno scarto estremamente piccolo, inferiore alle 20 parti per miliardo.

La migliore misurazione della costante di Planck finora realizzata è stata condotta dal National Research Council canadese, che ha raggiunto un'incertezza di 19 parti per miliardo. Allo stato attuale NIST-4 ha misurato la costante con un'incertezza di 34 parti per miliardo, ma i ricercatori hanno affermato che con ulteriori perfezionamenti dell'apparecchiatura dovrebbero essere in grado di infrangere la soglia delle 20 parti entro l'anno prossimo.

Se i valori così ottenuti concorderanno ancora con quelli rilevati dai canadesi, è probabile che la costante di Planck abbia in tasca la vittoria, visto che i sostenitori della costante di Avogadro non hanno ancora raggiunto la precisione richiesta, ed è difficile che riescano a farlo due volte entro il 2018.

ENGLISH

The ultra-precise measurement of Planck's constant, which relates quantum particles with their energy, will - thanks to Einstein's formula E = mc2 - to give a new definition of the unit of measurement of mass. The prototype kilogram kept in Paris has in fact shown subject to change.

And Planck's constant to have won the pole position in the race for the new definition of the kilogram, the unit of mass according to the International System of units of measurement, that the Bureau of International Weights and Measures (BIPM) has program to establish in 2018.

Or at least, is what we can conclude from an article in "Review of Scientific Instruments" describing the performance of a device - a sophisticated balance of Watt, NIST-4 Call - set up by researchers at the National Institute of Standards and Technology (NIST) in Gaithersburg, Maryland.

From 1875 to date the kilogram is defined as the mass equivalent to that of a platinum-iridium sample cylinder kept at the BIPM of Paris. The definition, however, has two serious drawbacks.

Because it is extremely important that the sample does not suffer alterations, access is complex and calibrations come almost always done on the sample copies. Moreover, in spite of all the caution with which it is stored, in the 127 years of its existence the mass of the sample it is changed by about 50 micrograms. And this is a much more serious drawback for a unit of measurement which by definition should be stable.
For this reason it was decided to replace the definition through a sample a definition that refers to another physical entity that is known to be constant. Instead of defining the constant in terms of mass, in short, it will define the mass in terms of that constant.

The constants vying to supplant Paris champion are two: one is the Avogadro constant, which expresses the number of particles contained in one mole of a substance, for example of content in a mole of carbon atoms 12, which corresponds to 12 grams.

The second fact is the Planck's constant, which associates the frequency of a quantum particle to its energy, which in turn can be correlated to the mass through the formula E = mc2 of Einstein's theory of relativity.

The managers of the BIPM, however, urge the constant designed to replace standard in Paris is derived precisely from multiple independent measurements that give the same value with a very small gap, less than 20 parts per billion.

The best measurement yet made Planck constant was conducted by the National Research Council Canada, which reached an uncertainty than 19 parts per billion. At present NIST-4 measured the constant with an uncertainty of 34 parts per billion, but the researchers said that with further refinements of the equipment should be able to break the threshold of 20 parties within the next year.


If the values ​​obtained in this way still agree with those found by the Canadians, it is likely that the Planck constant has in his pocket the victory, as the supporters of the Avogadro constant has not yet reached the required accuracy, and it is hard for them to do two times by 2018.

Da:

http://www.lescienze.it/news/2016/06/22/news/definizione_chilogrammo_costante_di_planck-3134673/

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