Forbedring af måling af kilogram

Indtil 2018 blev SI-enheden for masse, kilogram, defineret som massen af ​​et rigtigt objekt:International Prototype Kilogram, opbevaret i et sikkert anlæg i udkanten af ​​Paris. Den 16. november 2018 fik kilogrammet en ny, internationalt accepteret definition, baseret på tre definerende konstanter:lysets hastighed, Planck-konstanten og cæsiums hyperfine overgangsfrekvens. En af metoderne til at måle en masse baseret på den nye definition er en enhed ved navn Kibble balance.

På trods af den nuværende præcision af denne enheds målinger, kan dens komponenter forbedres for at reducere kilder til usikkerhed. Gennem ny forskning offentliggjort i EPJ Techniques and Instrumentation , Darine Haddad og kolleger ved National Institute of Standards and Technology (NIST) viser, hvordan en ny, optimeret tilgang til Kibble-vægtens design kan forbedre dens nøjagtighed yderligere.

I dag giver Kibble-balancen forskere mulighed for at måle masser i makroskala, baseret direkte på fundamentale kvanteprincipper. For at gøre dette måles to kvanteeffekter:kaldet Josephson-effekten og kvante-hall-modstand (QHR) - en kvantiseret form for elektrisk modstand, som kan måles i 2D-materialer ved lave temperaturer, når de udsættes for stærke magnetiske felter. I øjeblikket realiseres QHR i et separat eksperiment eksternt i forhold til målesystemet, hvilket introducerer usikkerheder til Kibble-balancens samlede måling.

For at overvinde dette problem er forskere ved NIST ved at udvikle Quantum Electro-Mechanical Metrology Suite (QEMMS). Denne enhed implementerer QHR direkte i det elektriske kredsløb til Kibble-balancen og systemet til måling af Josephson-spændingen – hvilket eliminerer enhver kalibreringsusikkerhed.

I deres undersøgelse præsenterer Haddads team et optimeret design til QEMMS, målrettet masser fra 10 til 200 g. For masser på 100 g viste de, at målinger kunne foretages med en relativ usikkerhed på kun 2x10 ^-8 — tilbyder betydelige forbedringer i forhold til tidligere Kibble balance-designs. Som et resultat heraf kunne QEMMS snart give forskere mulighed for at foretage uafhængige, ultrapræcise målinger af makroskopiske masser - hvilket væsentligt forbedrer deres eksperimentelle data. + Udforsk yderligere

Ny måling vil hjælpe med at omdefinere international masseenhed