Hasta 2018, la unidad de masa del SI, el kilogramo, se definía como la masa de un objeto real:el kilogramo prototipo internacional, guardado en una instalación segura en las afueras de París. El 16 de noviembre de 2018, se le dio al kilogramo una nueva definición aceptada internacionalmente, basada en tres constantes definitorias:la velocidad de la luz, la constante de Planck y la frecuencia de transición hiperfina del cesio. Uno de los métodos para medir una masa basado en la nueva definición es un dispositivo llamado balanza Kibble.

A pesar de la precisión actual de las mediciones de este dispositivo, sus componentes pueden mejorarse para reducir las fuentes de incertidumbre. A través de una nueva investigación publicada en EPJ Techniques and Instrumentation , Darine Haddad y colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) muestran cómo un enfoque nuevo y optimizado para el diseño de la balanza Kibble podría mejorar aún más su precisión.

Hoy en día, la balanza Kibble permite a los investigadores medir masas a macroescala, basándose directamente en principios cuánticos fundamentales. Para hacer esto, se miden dos efectos cuánticos:llamado efecto Josephson y resistencia cuántica de Hall (QHR), una forma cuantificada de resistencia eléctrica, que se puede medir en materiales 2D a bajas temperaturas, cuando se somete a fuertes campos magnéticos. Actualmente, QHR se realiza en un experimento separado externo al sistema de medición, lo que introduce incertidumbres en la medición general de la balanza Kibble.

Para superar este problema, los investigadores del NIST están desarrollando Quantum Electro-Mechanical Metrology Suite (QEMMS). Este dispositivo implementa QHR directamente en el circuito eléctrico para la balanza Kibble y el sistema para medir el voltaje de Josephson, eliminando cualquier incertidumbre de calibración.

En su estudio, el equipo de Haddad presenta un diseño optimizado para QEMMS, dirigido a masas que oscilan entre 10 y 200 g. Para masas de 100 g, demostraron que se podían realizar mediciones con una incertidumbre relativa de solo 2x10 ^-8 —ofreciendo mejoras considerables en los diseños de balance Kibble anteriores. Como resultado, QEMMS pronto podría permitir a los investigadores realizar mediciones independientes y ultraprecisas de masas macroscópicas, mejorando significativamente sus datos experimentales. + Explora más

La nueva medida ayudará a redefinir la unidad internacional de masa