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Misure più precise per la temperatura

Grazie a un esperimento italiano

13 settembre, 10:17
La scala internazionale di temperatura potrebbe presto diventare più accurata grazie all'esperimento italiano (fonte: Caltech)  La scala internazionale di temperatura potrebbe presto diventare più accurata grazie all'esperimento italiano (fonte: Caltech)

La scala internazionale della temperatura potrebbe presto diventare più accurata grazie all'esperimento italiano descritto sulla rivista Physical Review Letters.
Condotto nei laboratori del Dipartimento di Matematica e Fisica della Seconda Università di Napoli e coordinato dal fisico Livio Gianfrani, il test è stato condotto in collaborazione con Politecnico di Milano e Istituto Nazionale per la Ricerca Metrologica (Inrim) di Torino.

''Nell'ottobre 2011 la Conferenza Generale di Pesi e Misure ha deciso di adottare una migliore definizione per alcune unità di misura del Sistema Internazionale, come il chilogrammo per la massa, l’ampere per la corrente elettrica, il Kelvin per la temperatura e la mole per la quantità di materia'', ha spiegato Gianfrani.
Per fare questo, ha aggiunto, bisogna rivedere i valori di alcune costanti fondamentali della fisica, implicate nelle nuove definizioni di queste unità.
L'obiettivo è risolvere il problema della stabilità nel tempo delle unità fondamentali, liberandosi dalla dipendenza da qualunque artefatto (come il prototipo di chilogrammo, per la massa, o la cella al punto triplo dell'acqua, per la temperatura).

Nel 1954 un accordo internazionale ha definito il Kelvin come la variazione di temperatura che si ottiene dividendo per 273,16 la temperatura del punto triplo dell'acqua. Quest'ultima caratterizza un particolare stato dell'acqua, nel quale questa può esistere stabilmente sotto forma di ghiaccio, liquido e vapore, per la qual cosa è necessaria uno strumento molto particolare chiamato cella al punto triplo dell'acqua. Quindi il Kelvin dipende attualmente dalla bontà di realizzazione di tale dispositivo.
L'unico modo per superare questo limite, spiega Gianfrani, è passare per la costante di Boltzmann, che determina l'energia cinetica media di una molecola di un dato gas a una data temperatura.

Occorrerà, però, essere certi del suo valore. In particolare, prosegue Gianfrani, la costante potrà essere fissata solo dopo averla determinata con almeno tre metodi diversi. Fra questi vi è la termometria Doppler, la cui migliore implementazione è stata realizzata nei laboratori della Seconda Università di Napoli, riducendo il margine di incertezza di sei volte rispetto ad una precedente misura con lo stesso metodo. Ciò, sottolinea l'esperto, è stato possibile grazie all'utilizzo delle più avanzate tecniche di spettroscopia laser di alta precisione nell'infrarosso. I ricercatori hanno determinato il valore della costante misurando la larghezza di una riga dello spettro di un gas posto in equilibrio termodinamico.

Come un codice a barre degli atomi o delle molecole, lo spettro è fatto da righe che corrispondono a colori e sono le lunghezze d'onda alle quali le molecole o gli atomi assorbono le radiazioni elettromagnetiche. Ma se un atomo a riposo assorbe la luce a frequenze ben definite, queste frequenze si spostano se l'atomo si muove. L'effetto, chiamato Doppler, causa un allargamento delle righe, misurando il quale si ottiene la costante di Boltzmann.
Con sforzi aggiuntivi, conclude Gianfrani, sia in campo teorico che sperimentale, la termometria Doppler potrà diventare competitiva con il metodo più consolidato ed accurato, noto come termometria acustica, contribuendo a un futuro miglioramento della scala di temperatura.

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