Em 2018, os cientistas querem que todas as unidades físicas de base sejam baseadas em sólidos, constantes fundamentais imutáveis. As unidades "metro" e "segundo" estão bem adiantadas; o Kelvin, o quilograma, a toupeira e o ampere são os próximos da fila. Cientistas da Physikalisch-Technische Bundesanstalt agora conseguiram medir as correntes extremamente pequenas de uma bomba de um único elétron com uma precisão sem precedentes. Este é um marco para a revisão do Sistema Internacional de Unidades (SI).

A definição atual de ampere é tudo menos conveniente. É baseado em uma configuração de teste hipotética que inclui dois condutores de comprimento infinito. Nesta configuração, um ampere geraria uma força precisamente fixa. Esta definição está, portanto, intimamente relacionada à massa, o que há muito tempo vem causando sérias dores de cabeça aos físicos devido à instabilidade do protótipo internacional do quilograma. A definição atual do quilograma limita nitidamente a precisão com a qual o ampere pode ser obtido. Os físicos decidiram, portanto, que o protótipo do quilograma se tornou obsoleto e terá que "se aposentar" em 2018, e que os fundamentos do SI devem, ao mesmo tempo, ser completamente revisado.

Para ajudar o ampere a dar o salto para o reino das constantes fundamentais, os físicos estão contando os elétrons que fluem ao longo de um determinado período de tempo através de uma trilha condutora que tem apenas alguns nanômetros de largura. Isso pressupõe que eles sejam capazes de manipular o fluxo de elétrons, que eles conseguiram por meio de uma bomba de elétron único. Ele bombeia elétrons individuais através do que pode ser imaginado como uma cadeia de montanhas de um vale para o outro. Desta maneira, é possível contar os elétrons que chegam ao "vale, "e assim determinar a carga elementar.

As bombas de um elétron apresentam dois desafios principais:Primeiro, as bombas fornecem apenas correntes muito pequenas, que são difíceis de medir. Segundo, erros estatísticos ocorrem durante o transporte de elétrons, por exemplo, quando um elétron cai de volta no "vale" de onde veio ou quando dois elétrons são bombeados para o mesmo vale. Isso é prejudicial à precisão. Uma solução já foi desenvolvida para resolver os erros de bombeamento e foi demonstrada com bombas muito lentas. Os físicos conectam várias bombas em série e entre as bombas, detectores especiais indicam se muitos ou poucos elétrons passam pelo vale. Assim, é possível corrigir erros enquanto as bombas estão ativas.

Agora, os cientistas do PTB desenvolveram com sucesso uma técnica para enfrentar o desafio da medição. Graças a um novo amplificador, os pesquisadores são capazes de amplificar a pequena corrente produzida pelas bombas por um fator de aproximadamente 1000. Combinado com dois outros padrões quânticos, agora é possível medir pequenas correntes com um nível de precisão sem precedentes.

Em seu trabalho, Os físicos do PTB demonstraram que as bombas controladas de um único elétron fornecem uma realização consideravelmente mais precisa do ampere do que a definição convencional de ampere permite. "Por enquanto, a bomba de um elétron é operada sem correção. Contudo, a medição mostrou que os erros são, na verdade, tão pequeno que o método de correção também deve funcionar com essas bombas rápidas. Este é um verdadeiro marco em direção ao novo SI, "explica Franz Ahlers, chefe do Departamento de Metrologia Quântica Elétrica do PTB. Parece não haver obstáculos restantes para a redefinição do ampere, que está planejado para 2018. Uma vez que a redefinição causará apenas mudanças muito pequenas nas unidades elétricas, a revisão do SI não será perceptível para a maioria dos consumidores. Contudo, as coisas parecem um pouco diferentes em campos como micro e nanoeletrônica ou em metrologia médica e ambiental. Em áreas como essas, o novo ampere permitirá uma calibração muito mais precisa dos instrumentos de medição.