Podrían ser posibles mejores termómetros como resultado de un descubrimiento en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST, donde los físicos han encontrado una manera de calibrar las mediciones de temperatura mediante el monitoreo de los pequeños movimientos de un sistema nanomecánico que se rigen por la frecuenciareglas contraintuitivas de la mecánica cuántica.
Si bien el método aún no está listo para la comercialización, revela cómo la energía térmica de un objeto, su calor, se puede determinar con precisión al observar sus propiedades físicas a escala cuántica. Si bien la demostración inicial tiene una precisión absoluta solo dentro de unEn pocos puntos porcentuales, el enfoque NIST funciona en un amplio rango de temperaturas que abarca temperaturas criogénicas y ambientales, y también se logra con un pequeño dispositivo fotónico nanofabricado, que abre posibles aplicaciones que no son prácticas con los estándares de temperatura convencionales.
El enfoque del equipo NIST surgió de sus esfuerzos por observar las vibraciones de un pequeño haz transparente de nitruro de silicio utilizando luz láser. La energía térmica, a menudo expresada como temperatura, hace que todos los objetos vibren; cuanto más cálido es el objeto, más pronunciado es elvibraciones, aunque todavía son del orden de un picómetro billonésimas de metro de tamaño para el haz a temperatura ambiente. Para observar estas pequeñas perturbaciones, el equipo talló una pequeña cavidad reflectante en el haz. Cuando brillaron con un lásera través del cristal, la luz que se refleja desde la cavidad experimentó ligeros cambios en el color o la frecuencia debido a las vibraciones inducidas por la temperatura del haz, lo que hace que el color de la luz cambie notablemente en el tiempo con el movimiento.
Pero estas no fueron las únicas vibraciones que los miembros del equipo pudieron ver. El equipo también detectó las vibraciones mucho más sutiles que poseen todos los objetos debido a una propiedad mecánica cuántica llamada movimiento de punto cero: incluso en su energía más baja posible, el hazvibra muy ligeramente debido a la incertidumbre inherente en el corazón de la mecánica cuántica. Este movimiento es independiente de la temperatura y tiene una amplitud bien conocida fundamentalmente dictada por la mecánica cuántica. Al comparar el tamaño relativo de la vibración térmica con el movimiento cuántico,Se puede determinar la temperatura absoluta.
Estas fluctuaciones cuánticas intrínsecas son miles de veces más débiles y normalmente se pierden en el ruido de las vibraciones inducidas por la energía térmica típicas de las temperaturas normales, pero el proceso de medición del haz proporciona un método para distinguir las fluctuaciones cuánticas y térmicas.el láser rebota en los lados del haz, le dan ligeras patadas, induciendo correlaciones que hacen que el movimiento cuántico sea más pronunciado.
"Nuestra técnica nos permitió extraer las señales cuánticas de debajo del ruido térmico mucho más grande", dice Tom Purdy del equipo, físico del Laboratorio de Medición Física del NIST y del Joint Quantum Institute ". Ahora podemos conectar directamente la temperatura alas fluctuaciones mecánicas cuánticas de una partícula. Prepara el escenario para un nuevo enfoque de la termometría primaria ".
El poder de este nuevo método, cuando esté completamente desarrollado, vendrá cuando el haz se empareje con otros termómetros fotónicos en chip mucho más sensibles también en desarrollo en NIST. Dichos dispositivos ofrecen la sensibilidad a la temperatura relativa exigida por las aplicaciones en la fabricación farmacéutica,otras aplicaciones industriales de alto rendimiento y monitoreo del clima, pero requieren una calibración absoluta y pueden variar con el tiempo. Este nuevo termómetro cuántico actuará como un estándar de temperatura integrado, listo para mantener al otro termómetro en el camino durante largos períodos de tiempo.
Purdy presentará los resultados del equipo el 16 de marzo de 2016, en la reunión de marzo de la American Physical Society en Baltimore, Maryland.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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