Al final de este año, los científicos tendrán acceso a un prototipo inicial de la escala de Planck. Crédito:TU Ilmenau
La báscula de Planck funciona según el principio de compensación de fuerza electromagnética:una fuerza de peso en un lado de la báscula se equilibra con una fuerza electromagnética en el otro lado. Esto significa que ya no se necesitarán pesos (los llamados estándares de masa). Este podría ser el comienzo del desarrollo de una generación completamente nueva de básculas adecuadas para la industria.
Junto con la Technische Universität Ilmenau, el Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) está desarrollando una escala de Planck. Esta báscula funciona según el principio de compensación de fuerza electromagnética:una fuerza de peso en un lado de la báscula se equilibra con una fuerza electromagnética en el otro lado. Esto significa que ya no se necesitarán pesos (los llamados estándares de masa); hasta la fecha, los pesos tienen escalas "indicadas" qué tan grande es realmente la masa en la escala (por ejemplo, 1 kilogramo). Al final de este año, los científicos tendrán acceso a un prototipo inicial de la escala de Planck. De este modo, Se puede realizar una revisión de los pasos que aún son necesarios para desarrollar la escala hasta el punto que sea apta para uso industrial. Este podría ser el comienzo del desarrollo de una generación completamente nueva de básculas adecuadas para la industria.
El desarrollo de la escala de Planck se vio impulsado por la próxima redefinición del kilogramo:en un futuro próximo, el prototipo internacional del kilogramo, un pequeño cilindro de metal en una caja fuerte cerca de París, se volverá obsoleto. En su lugar, Se utilizará una definición de kilogramo basada en una constante natural indestructible e invariable:la constante de Planck h. El nombre "escala de Planck" alude a esta constante. Una vez que el valor de h se establece internacionalmente, las masas se determinarán únicamente midiendo cantidades eléctricas.
Una ventaja adicional de la escala de Planck es su rango de medición continuo. Aunque el prototipo inicial solo alcanzará un rango de medición de 1 mg a 100 g, su sucesor, que ya ha sido planificado, tendrá un rango de 1 mg a 1000 g. Las básculas comparables podrían usarse para operaciones de pesaje industrial como los llamados estándares primarios, ya que no se realizará ninguna calibración con pesos estándar. A largo plazo, sin embargo, La báscula de Planck también podría usarse para lograr una mayor precisión (incluso para masas pequeñas) de lo que ha sido posible hasta la fecha usando pesos estándar en aplicaciones industriales. De este modo, la experiencia adquirida en PTB durante el desarrollo de la báscula Planck beneficiará a la economía en general y fortalecerá la posición de liderazgo de la industria de básculas alemana en todo el mundo.
Mientras PTB está considerando los resultados prácticos y las oportunidades de la redefinición del kilogramo, la redefinición en sí misma aún no está completa. Como uno de los institutos de metrología líderes en el mundo, PTB también está desempeñando un papel importante en esta redefinición. Se están realizando dos experimentos a nivel internacional para lograr el objetivo de definir el kilogramo de tal manera que se base en constantes naturales:el experimento de Avogadro, que determinará el número de átomos en un cristal casi perfectamente esférico hecho de silicio isotópicamente puro; y el balance de Kibble (o balance de vatios), en el que la fuerza gravitacional de una masa en el campo gravitacional de la Tierra es compensada por una fuerza electromagnética. Debido a que ambos experimentos determinan el valor de la constante de Planck, ambos enfoques cumplen el objetivo mencionado anteriormente. Mientras que el enfoque de PTB es principalmente a través de la esfera de silicio, el saldo Kibble es favorecido por NIST en los Estados Unidos y NRC en Canadá. Sin embargo, para poder ofrecer ambos enfoques para la futura difusión de unidades masivas a la industria, PTB, junto con TU Ilmenau, ha iniciado el desarrollo de un prototipo para una báscula Planck (como una versión de la balanza Kibble adecuada para la industria).
El Instituto de Tecnología de Sensores y Medición de Procesos de TU Ilmenau, que está contribuyendo conjuntamente al desarrollo de la escala de Planck bajo la dirección científica del profesor Thomas Fröhlich, es una institución líder a nivel internacional en los campos de la tecnología de medición de fuerza industrial, tecnología de pesaje y metrología láser de precisión nanométrica. En los últimos diez años, En TU Ilmenau se desarrollaron instrumentos de medición que fueron considerados la "escala más precisa del mundo". El conocimiento adquirido a partir del desarrollo de un prototipo de comparador de 1 kg se incorporó directamente a la investigación en la escala de Planck. Este comparador de masas de alta precisión ya se utiliza en institutos nacionales de metrología de todo el mundo para comparar prototipos de kilogramos.