Até 2018, a unidade de massa do SI, o quilograma, era definida como a massa de um objeto real:o Protótipo Internacional Quilograma, mantido em uma instalação segura nos arredores de Paris. Em 16 de novembro de 2018, o quilograma recebeu uma nova definição aceita internacionalmente, com base em três constantes definidoras:a velocidade da luz, a constante de Planck e a frequência de transição hiperfina do césio. Um dos métodos para medir uma massa com base na nova definição é um dispositivo chamado balança de Kibble.
Apesar da precisão atual das medições deste dispositivo, seus componentes podem ser melhorados para reduzir as fontes de incertezas. Através de uma nova pesquisa publicada em EPJ Techniques and Instrumentation , Darine Haddad e colegas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) mostram como uma abordagem nova e otimizada para o design da balança Kibble pode melhorar ainda mais sua precisão.

Hoje, a balança de Kibble permite que os pesquisadores meçam massas em macroescala, com base diretamente em princípios quânticos fundamentais. Para fazer isso, dois efeitos quânticos são medidos:chamado efeito Josephson e resistência quântica Hall (QHR) – uma forma quantizada de resistência elétrica, que pode ser medida em materiais 2D a baixas temperaturas, quando submetidos a fortes campos magnéticos. Atualmente, o QHR é realizado em um experimento separado externo ao sistema de medição, introduzindo incertezas na medição geral da balança de Kibble.

Para superar esse problema, pesquisadores do NIST estão desenvolvendo o Quantum Electro-Mechanical Metrology Suite (QEMMS). Este dispositivo implementa o QHR diretamente no circuito elétrico para a balança de Kibble e o sistema para medir a tensão de Josephson – eliminando qualquer incerteza de calibração.

Em seu estudo, a equipe de Haddad apresenta um design otimizado para QEMMS, visando massas que variam de 10 a 200g. Para massas de 100g, eles mostraram que as medições podem ser feitas com uma incerteza relativa de apenas 2x10 ^-8 — oferecendo melhorias consideráveis ​​em designs anteriores de balanceamento de Kibble. Como resultado, o QEMMS poderá em breve permitir que os pesquisadores façam medições independentes e ultraprecisas de massas macroscópicas – melhorando significativamente seus dados experimentais. + Explorar mais

Nova medição ajudará a redefinir a unidade internacional de massa