Una versión de alta tecnología de una balanza antigua en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST acaba de acercar a los científicos un paso crítico hacia una definición nueva y mejorada del kilogramo. La escala, llamada NIST-El balance de 4 vatios ha llevado a cabo su primera medición de una cantidad física fundamental llamada constante de Planck dentro de las 34 partes por mil millones, demostrando que la escala es lo suficientemente precisa como para ayudar a la comunidad internacional con la redefinición del kilogramo, un evento programado para 2018.
La redefinición, que no pretende alterar el valor de la masa del kilogramo, sino definirla en términos de constantes fundamentales inmutables de la naturaleza, tendrá poco efecto notable en la vida cotidiana. Pero eliminará una incertidumbre persistente en elmasa oficial del kilogramo, debido a su potencial de cambiar ligeramente de valor con el tiempo, como cuando alguien toca el artefacto de metal que actualmente lo define.
La constante de Planck se encuentra en el corazón de la mecánica cuántica, la teoría que se usa para describir la física a escala del átomo y más pequeña. La mecánica cuántica comenzó en 1900 cuando Max Planck describió cómo los objetos irradian energía en pequeños paquetes conocidos como "cuantos"."La cantidad de energía es proporcional a una cantidad muy pequeña llamada h, conocida como la constante de Planck, que posteriormente aparece en casi todas las ecuaciones en la mecánica cuántica. El valor de h, según la nueva medición del NIST, es 6.62606983x10-34kg? m2 / s, con una incertidumbre de más o menos 22 en los últimos dos dígitos.
La medición precisa de este pequeño número es la clave para retirar el kilogramo físico, ya que proporciona una forma de equiparar la masa con una cantidad particular de energía eléctrica, que se puede expresar como una función de h. Si sabemos h con precisión, nosotrospuede construir un electroimán y medir exactamente la cantidad de corriente eléctrica que necesita para levantar un kilogramo del suelo y definir el kilogramo en términos de corriente. Los científicos están poniendo en práctica esta idea en un dispositivo llamado balance de vatios, que compara unmasa física con cantidades de electricidad finamente medidas consulte esta historia para obtener detalles sobre cómo funcionan los equilibrios de vatios.
Con suficientes mediciones precisas de la constante de Planck, los científicos eventualmente fijarán su valor a un grado muy alto de precisión, permitiendo mediciones altamente precisas del kilogramo. Para que los científicos acuerden una nueva definición de masa que se base en la constante de Planck, sin embargo, existedebe ser una evidencia sólida de que conocemos h con gran precisión, por lo que varios países, cinco hasta la fecha, han construido balances de vatios para realizar mediciones independientes que se pueden comparar.
La medición de NIST, la primera que usa su balance de vatios NIST-4 recientemente construido, es una buena noticia porque es consistente con las mediciones de balance de vatios de otros países y también porque la cantidad de incertidumbre en la medición es mucho menor de lo que el equipo del NIST había esperadoAmbos puntos implican que la comunidad científica internacional está en camino de redefinir el kilogramo en su fecha límite autoimpuesta de 2018.
"Esta medición fue esencialmente una prueba en seco", dijo el físico del NIST Stephan Schlamminger. "Esperamos alcanzar una incertidumbre de 200 partes por billón en este punto, pero mejoramos más rápido".
Para que la redefinición cumpla con los exigentes estándares de los científicos, al menos tres experimentos deben producir valores con una incertidumbre estándar relativa de no más de 50 partes por billón, y uno con no más de 20 partes por billón. Todos estos valores deben coincidir dentro deun nivel de confianza estadística del 95 por ciento. Los resultados también deben conciliarse con el método alternativo "Avogadro", que implica contar los átomos en una esfera de silicio ultrapura.
Debido a que la constante de Planck es importante para los estándares eléctricos cuánticos, el esfuerzo general también beneficiará a la metrología eléctrica, dijo Schlamminger. La fijación del valor de h conectará explícitamente los estándares cuánticos para el ohmio y el voltio al sistema internacional de unidades por primera vez.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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