Sempre em busca de melhores maneiras de medir todos os tipos de coisas, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) publicaram um estudo detalhado sugerindo uma definição melhorada "elegante" para a unidade padrão de potência de luz, o watt óptico.

Mas é mais do que apenas uma oportunidade de ler sobre uma unidade de medida internacional. A definição proposta promete uma forma mais precisa, método menos caro e mais portátil para medir esta quantidade importante para a ciência, tecnologia, fabricação, comércio e defesa nacional.

Em vez da definição atual baseada em comparações com aquecimento elétrico, o estudo do NIST sugere que o watt óptico pode ser determinado a partir da força de radiação da luz e sua velocidade, uma constante fundamental. Constantes fundamentais são números que permanecem iguais em todo o mundo, tornando as medições baseadas neles universais. Padrões primários que definem unidades de medida com base em constantes fundamentais são considerados ideais.

"Johannes Kepler fez as primeiras observações da pressão de radiação no início do século 17, "Disse o líder do projeto NIST, John Lehman." Alguns anos atrás, decidimos criar um padrão de medição primário com base nisso. "Talvez um dia todos nós redefinamos a potência óptica dessa maneira."

A definição proposta é baseada no trabalho de James Clerk Maxwell em 1862 mostrando que a força exercida pela luz é proporcional à sua potência dividida pela velocidade da luz. Agora, padrões de medição práticos podem ser criados nesta base graças aos recentes avanços técnicos do NIST.

A proposta do NIST está em sincronia com a recente redefinição dos Sistemas Internacionais de Unidades (SI), oferecendo medições mais confiáveis ​​com base em propriedades imutáveis ​​da natureza. O watt é a unidade SI de potência, que, como Maxwell descobriu, pode ser usado para calcular a força, ou vice-versa. A sugestão do NIST também pode ajudar a resolver debates sobre a melhor forma de definir uma grandeza óptica relacionada conhecida como intensidade luminosa. Esta quantidade é expressa em termos da unidade de base do SI, conhecida como candela, que depende em parte das propriedades da visão humana.

O novo estudo foi feito no contexto dos serviços de calibração e medição de potência do laser do NIST, oferecido pela primeira vez em 1974. Nos últimos anos, os pesquisadores do NIST expandiram a gama de potência da luz que pode ser medida, de intensidade de luz muito baixa de alguns fótons (partículas de luz) por segundo a lasers de 100 quilowatts que emitem 100, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 fótons por segundo.

Para medir a potência óptica da maneira convencional, pesquisadores apontam um laser para um detector revestido, medir a mudança de temperatura do detector, e determinar a energia elétrica necessária para gerar uma quantidade equivalente de calor. Como é necessário para padrões de medição, este método pode ser rastreado até o SI, mas indiretamente por meio do volt e do ohm, que por sua vez são "unidades derivadas" com base em equações nist usando várias unidades SI. O equipamento do NIST para medir o watt óptico dessa forma é grande e não portátil.

Na abordagem mais recente, a potência do laser pode ser medida comparando-a com a força da gravidade em uma massa de referência (normalmente pesada em uma "balança analítica" ou escala) ou uma força equivalente. O NIST desenvolveu recentemente uma técnica que mede a força de um laser, ou o impulso exercido em um espelho por um fluxo de fótons. O resultado, medido em miligramas (massa) ou micronewtons (força), é rastreável até a unidade de base do SI, o quilograma, e pode ser usado para calcular a potência óptica. A abordagem é especialmente útil para lasers de alta potência usados ​​na fabricação e nas forças armadas porque é mais simples, mais rápido, menos caro e mais portátil do que os métodos convencionais.

O novo estudo do NIST estabeleceu a validade da abordagem de massa / força ao encontrar uma forte concordância entre seus resultados e os do método convencional. Mas a proposta do NIST também oferece várias vantagens significativas:um padrão primário portátil na forma de uma massa de referência, e o potencial para maior precisão.

Os cálculos de massa requerem o conhecimento da quantidade exata com que a gravidade acelera objetos em uma determinada altitude e localização. Cálculos de força não, tornando-o mais simples como padrão principal.

A nova definição poderia ser:

• Um watt de potência óptica é aquele que, após reflexão normal de um espelho perfeito, produz uma força cuja magnitude (em newtons) é igual a 2 dividido pela velocidade da luz; ou
• Um newton de força é aquele produzido quando uma potência óptica (em watts) de magnitude igual à velocidade da luz dividida por 2 reflete normalmente de um espelho perfeitamente refletivo.

A equipe do NIST planeja apresentar seus resultados até o momento e propostas em uma conferência futura e continuar a linha de pesquisa.

"Estamos realizando pesquisas para permitir que a abordagem da pressão de radiação faça a medição mais precisa da potência do laser do mundo, "O físico do NIST, Paul Williams, disse.