Nel vasto panorama delle scoperte scientifiche, alcune catturano l’immaginazione per la loro semplicità e perfezione, e tra queste vi è l’oggetto più rotondo mai realizzato dall’uomo, oggetto noto come la sfera di silicio-28, che rappresenta un traguardo straordinario nella metrologia, la scienza della misurazione.
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Ma perché qualcuno dovrebbe preoccuparsi di creare un oggetto così perfettamente sferico? La risposta risiede nella ricerca di precisione assoluta e nella definizione del chilogrammo standard.
La sfera di silicio-28 è stata creata come parte del progetto Avogadro, un’iniziativa internazionale volta a ridefinire il chilogrammo in termini di costanti fondamentali della natura, piuttosto che di un artefatto fisico.
Fino a poco tempo fa, il chilogrammo era definito da un cilindro di platino-iridio conservato a Sèvres, in Francia tuttavia questo metodo presentava delle limitazioni, poiché la massa del cilindro poteva variare nel tempo a causa di contaminazioni o perdite di materiale.
Per superare queste limitazioni, gli scienziati hanno cercato di definire il chilogrammo in termini di una costante fisica immutabile, e la scelta è caduta sul numero di Avogadro, che rappresenta il numero di atomi in una mole di sostanza.
Creando una sfera di silicio-28, un isotopo puro del silicio, e misurandone con precisione il volume e la massa, è possibile calcolare il numero di atomi contenuti nella sfera e, di conseguenza, ridefinire il chilogrammo.
La realizzazione della sfera di silicio-28
La sfera di silicio-28 è stata realizzata con una precisione incredibile, dove la sua rotondità è tale che la differenza tra il suo raggio massimo e minimo è inferiore a 50 nanometri, meno di un millesimo dello spessore di un capello umano, una perfezione geometrica che è stata ottenuta grazie a tecniche avanzate di lavorazione e misurazione, che hanno coinvolto scienziati e ingegneri di tutto il mondo.
La creazione di questo oggetto, non è solo un’impresa tecnica, ma anche un simbolo della collaborazione internazionale e della ricerca della conoscenza: essa rappresenta un passo avanti significativo nella nostra capacità di misurare il mondo con precisione e di comprendere le leggi fondamentali della natura.
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Come abbiamo già detto in precedenza, la sfera di silicio-28 non è solo un oggetto di straordinaria rotondità, ma anche un capolavoro di ingegneria e scienza dei materiali, la cui creazione ha richiesto l’impiego di tecnologie avanzate e la collaborazione di scienziati e ingegneri di tutto il mondo, ma cosa rende questa sfera così speciale e quali sono le tecniche utilizzate per realizzarla?
Il silicio-28 è stato scelto per la sua purezza e stabilità, questo isotopo del silicio è particolarmente adatto per la creazione di una sfera perfetta grazie alla sua struttura cristallina regolare e alla possibilità di ottenere campioni estremamente puri.
La purezza del silicio-28 utilizzato nella sfera è superiore al 99,9999%, il che significa che contiene pochissime impurità che potrebbero influenzare le misurazioni.
La produzione della sfera
La produzione della sfera di silicio-28 è iniziata con la crescita di un cristallo di silicio-28 puro, questo cristallo è stato poi tagliato e lavorato per ottenere una sfera. La lavorazione della sfera ha richiesto l’uso di macchine di precisione e tecniche di lucidatura avanzate, ed ogni fase del processo è stata monitorata attentamente per garantire che la sfera mantenesse la sua forma perfetta.
Una delle sfide principali nella creazione della sfera di silicio-28 è stata la misurazione della sua rotondità, per l’appunto per ottenere una sfera perfetta, è stato necessario misurare con precisione il raggio della sfera in diversi punti. Questo è stato fatto utilizzando strumenti di misurazione avanzati, come interferometri laser, che possono rilevare variazioni di dimensioni nell’ordine dei nanometri.
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La sfera di silicio-28 ha un’importanza fondamentale nella ridefinizione del chilogrammo, utilizzando questa sfera, gli scienziati possono calcolare con precisione il numero di atomi contenuti in un chilogrammo di silicio-28, permettendo di definire il chilogrammo in termini di una costante fisica, il numero di Avogadro, piuttosto che di un artefatto fisico che può variare nel tempo.
La creazione della sfera di silicio-28 rappresenta un passo avanti significativo nella metrologia e nella scienza dei materiali, apre nuove possibilità per la definizione di altre unità di misura in termini di costanti fisiche, per di più la tecnologia e le tecniche sviluppate per la produzione della sfera possono essere applicate in altri campi, come la produzione di semiconduttori e la nanotecnologia.
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