Julio unidad:
Utilizando un dispositivo de avanzada para medir la masa, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han hecho su determinación más precisa hasta ahora de la constante de Planck, un valor importante en la ciencia que ayudará a redefinir el kilogramo. la unidad oficial de masa en el SI, o sistema internacional de unidades. Aceptados para su publicación en la revista Metrologia, estos nuevos resultados se adelantan a la fecha límite internacional del 1 de julio para las mediciones que apuntan a redefinir todo el SI en términos de constantes fundamentales de la naturaleza.
La nueva medición NIST de la constante de Planck es 6.626069934 x 10-34 kg ∙ m2 / s, con una incertidumbre de solo 13 partes por mil millones. La medición anterior del NIST, publicada en 2016, tenía una incertidumbre de 34 partes por mil millones.
El kilogramo se define actualmente en términos de la masa de un artefacto de platino-iridio almacenado en Francia. Los científicos quieren reemplazar este artefacto físico con una definición más reproducible para el kilogramo que se basa en constantes fundamentales de la naturaleza.
La constante de Planck permite a los investigadores relacionar la masa con la energía electromagnética. Para medir la constante de Planck, el NIST usa un instrumento conocido como balance de Kibble, originalmente llamado balance de vatios. Los físicos adoptaron ampliamente el nuevo nombre el año pasado para honrar al difunto físico británico Bryan Kibble, quien inventó la técnica hace más de 40 años.
La balanza Kibble del NIST usa fuerzas electromagnéticas para equilibrar una masa de kilogramo. Las fuerzas electromagnéticas son proporcionadas por una bobina de alambre intercalada entre dos imanes permanentes. La balanza Kibble tiene dos modos de operación. En un modo, una corriente eléctrica pasa a través de la bobina, generando un campo magnético que interactúa con el campo magnético permanente y crea una fuerza hacia arriba para equilibrar la masa del kilogramo. En el otro modo, la bobina se levanta a una velocidad constante. Este movimiento hacia arriba induce un voltaje en la bobina que es proporcional a la intensidad del campo magnético. Al medir la corriente, el voltaje y la velocidad de la bobina, los investigadores pueden calcular la constante de Planck, que es proporcional a la cantidad de energía electromagnética necesaria para equilibrar una masa.
Hay tres razones principales para la mejora en las nuevas mediciones, dijo el físico Stephan Schlamminger, líder del esfuerzo del NIST.
Primero, los investigadores tienen mucha más información. El nuevo resultado utiliza medidas de 16 meses, de diciembre de 2015 a abril de 2017. El aumento en las estadísticas experimentales redujo en gran medida la incertidumbre en su valor de Planck.
En segundo lugar, los investigadores probaron las variaciones en el campo magnético durante ambos modos de operación y descubrieron que habían estado sobreestimando el impacto que el campo magnético de la bobina estaba teniendo en el campo magnético permanente. Su ajuste posterior en sus nuevas mediciones aumentó su valor de la constante de Planck y redujo la incertidumbre en su medición.
Finalmente, los investigadores estudiaron con gran detalle cómo la velocidad de la bobina móvil afectaba el voltaje. “Variamos la velocidad con la que movimos la bobina a través del campo magnético, de 0.5 a 2 milímetros por segundo”, explicó Darine Haddad, autor principal de los resultados del NIST.
En un campo magnético, la bobina actúa como un circuito eléctrico que consiste en un condensador (un elemento de circuito que almacena carga eléctrica), una resistencia (un elemento que disipa la energía eléctrica) y un inductor (un elemento que almacena energía eléctrica). En una bobina móvil, estos elementos en forma de circuito generan un voltaje eléctrico que cambia con el tiempo, dijo Schlamminger. Los investigadores midieron este cambio de voltaje dependiente del tiempo para tener en cuenta este efecto y redujeron la incertidumbre en su valor.
Esta nueva medición NIST se une a un grupo de otras mediciones constantes de Planck nuevas de todo el mundo. Otra medida de balance de Kibble, del Consejo Nacional de Investigación de Canadá, tiene una incertidumbre de solo 9.1 partes por billón. Otras dos medidas nuevas usan la técnica alternativa de Avogadro, que implica contar el número de átomos en una esfera de silicio puro.
Las nuevas mediciones tienen una incertidumbre tan baja que exceden los requisitos internacionales para redefinir el kilogramo en términos de la constante de Planck.
“Tenía que haber tres experimentos con incertidumbres por debajo de 50 partes por mil millones, y uno por debajo de 20 partes por mil millones”, dijo Schlamminger. “Pero tenemos tres por debajo de 20 partes por mil millones”.
Todos estos nuevos valores de la constante de Planck no se superponen, “pero en general están sorprendentemente bien de acuerdo”, dijo Schlamminger, “especialmente teniendo en cuenta que los investigadores lo están midiendo con dos métodos completamente diferentes”. Estos valores se enviarán a un grupo conocido como CODATA antes de la fecha límite del 1 de julio. CODATA considerará todas estas medidas al establecer un nuevo valor para la constante de Planck. El kilogramo está programado para la redefinición en noviembre de 2018, junto con otras unidades en el SI.
para almorzar en diciembre de 2013. En una servilleta para el almuerzo, cada miembro del grupo escribió su predicción del valor de la constante de Planck que el grupo determinaría a través de sus medidas. Se guardaron esta servilleta debajo de su balanza Kibble hace casi cuatro años, y ahora han comparado las predicciones. Shisong Li, un investigador invitado de la Universidad de Tsinghua en China, fue el más cercano. Su predicción difería solo en aproximadamente 5 partes por billón del resultado medido. Todavía no se sabe cómo el equipo planea celebrar las conjeturas del ganador….