Los científicos del Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) han implementado un nuevo método de medición de presión, en parte como un subproducto del trabajo en el "nuevo" kelvin. Además de ser nuevo, este procedimiento es un método principal, es decir, solo depende de constantes naturales. Como método independiente, se puede utilizar para comprobar los manómetros más precisos, por lo que PTB es conocido como líder mundial.

La verificación de tales instrumentos era posible anteriormente en el rango de hasta 100, 000 pascales solamente; ahora son factibles 7 millones de pascales. Por tanto, se ha realizado por primera vez una comparación entre las medidas de presión mecánicas y eléctricas con una incertidumbre relativa inferior a 5 × 10. ^-6 . Es más, este nuevo método ofrece posibilidades únicas para investigar el helio, un sistema modelo importante para los fundamentos de la física. Los científicos han informado de su trabajo en la edición actual de Física de la naturaleza .

¿Alguna vez te ha pisado una persona con tacones de aguja? Si está familiarizado con este tipo de dolor, es posible que ya haya considerado que la presión corresponde a una fuerza por unidad de superficie, o, ser más preciso, que es el resultado de una fuerza aplicada verticalmente sobre una superficie. Este es también el principio según el cual funcionan los métodos más precisos de medición de presión. Cuando utilice una balanza de presión, se mide la presión del gas debajo de un pistón de una superficie exactamente conocida determinando la fuerza gravitacional ejercida sobre el pistón. Las balanzas de presión de PTB son actualmente los manómetros de pistón más precisos del mundo:instrumentos de alta precisión, cada uno de ellos fabricado con gran esfuerzo.

Como los hay, sin embargo, rangos de presión en los que incluso los mejores balances de presión no miden con tanta precisión como quisieran los metrólogos. Se han realizado esfuerzos para desarrollar métodos alternativos de medición de la presión durante mucho tiempo. "Nuestro nuevo método es realmente muy simple:se basa en medir la densidad del gas de medición helio por medio de una medición de capacitancia. Significa que medimos en qué grado el gas cambia la capacitancia de un especial, condensador altamente estable entre los electrodos, "explica Christof Gaiser, físico en PTB. Este método solo se refiere a una propiedad universal del gas helio, que se expresa mediante la constante dieléctrica; por tanto, es un método primario.

De este modo, Gaiser y sus colegas han logrado realizar un enfoque teórico innovador por primera vez en la práctica. Ya en 1998, Mike Moldover, del instituto de metrología estadounidense NIST, había expresado su idea de medir la presión a través de una medición eléctrica (capacitancia) utilizando cálculos teóricos de las propiedades del gas del helio. En los próximos años, sin embargo, implementar esta idea resultó ser un verdadero desafío. Tanto la medición de capacitancia de precisión como los capacitores altamente estables necesarios para este propósito, así como los cálculos teóricos utilizando únicamente constantes naturales (cálculos ab initio) aún no eran posibles con la precisión requerida. Es más, no fue posible compararlos con precisión con las balanzas de presión convencionales.

Cada uno de los obstáculos experimentales se ha eliminado en PTB durante la última década. Debido a las actividades realizadas dentro del alcance de la nueva definición de la unidad base kelvin, que alcanzó su cúspide el 20 de mayo de este año con la introducción de un sistema mejorado de unidades, Las mediciones de presión convencionales, tanto con balances de presión como mediante mediciones de capacitancia, se elevaron a un nivel sin precedentes en todo el mundo.

Gracias a los últimos cálculos teóricos realizados por diversos grupos de investigación en todo el mundo, ahora es posible medir una presión de 7 millones de pascales (es decir, 70 veces la presión normal) con una incertidumbre relativa de menos de 5 × 10 ^-6 . Esta medición se ha confirmado en comparación con una balanza de presión convencional. Fue la primera comparación en pie de igualdad entre las mediciones de presión mecánicas y eléctricas.

Por lo tanto, Ahora hay un segundo método disponible para calibrar la presión con alta precisión. El método en sí y la comparación directa con la oferta estándar de presión convencional, por una cosa, la posibilidad de verificar cálculos teóricos del helio, un sistema modelo importante en física atómica. Por otro, también permiten medir otros gases y, por lo tanto, tanto la teoría como la metrología de gases se seguirán desarrollando.