ampere00Hoy día un ampere se define como la cantidad de carga eléctrica que fluye por segundo a través de dos cables infinitamente largos separados un metro, de forma tal que los cables se atraen uno con el otro a una fuerza de 2 x 10^-7 newtons por metro de longitud. La definición, adoptada en 1948 está basada en una serie de experimentos pocos precisos. Ahora se busca redefinir el ampere en base a e, una constante física que representa la carga del electrón. Por mucho tiempo se ha pensado en una definición más racional. “Es un reto enorme este intento”, indica Stephen Giblin, un físico del Laboratorio Nacional de Física en Teddington, Reino Unido.

El resultado buscará tener el apoyo en la Conferencia General de Pesas y Medidas. Los encargados de las mediciones discutirán la propuesta de redefinir el ampere, el kilogramo y otras medidas estándar, la mol y el kelvin, todos en términos de constantes físicas como e, la constante de Planck, la constante de Avogrado y la de Boltzmann.

En lo que se refiere al ampere, un investigador en Braunschweig, Alemania, instaló un chip semiconductor que contiene una bomba que manda electrón por electrón y que podría redefinir a la medida conocida. Las otras unidades básicas, el metro y el segundo ya han sido redefinidos en terminos de dos constantes físicas, la velocidad de la luz y la frecuencia en el que los electrones en los átomos de Cesio decaen en sus niveles de energía.

En el experimento del amperaje, Hans Schumacher, del Instituto federal de Física t Técnica, en Braunschweig, Alemania, y sus colegas, hicieron uso de una bomba de electrones que manda uno por uno. Es un dispositivo en el cual el voltaje pulsa y manda electrones a un túnel mecánico cuántico que tiene una serie de barreras que permite mandar electrón por electrón. Los investigadores midieron las trayectorias de los electrones individuales detectando los cambios en la carga eléctrica guardada en los puntos entre las barreras. Las bombas de electrones existen desde 1990, pero esta es la primera vez que se detectan para cada electrón en particular.

La bomba transfiere solamente un par de doces de electrones por segundo, lo suficientemente lento para permitir medidas de precisión y así proveer un principio para redefinir el ampere. Pero esto es sólo el primer paso. El plan es crear un estándar experimental que pueda ser reproducido en cualquier laboratorio.

En el 2012 Giblin fue el pionero de las bombas de electrones solitarios que transferían mil millones de electrones por segundo, pero con esa cantidad no se podía medir uno por uno. Otro tipo de bombas que buscan el mismo efecto necesitan muy bajas corrientes para medir un electrón solo. “Es imposible saber si esta idea es la ganadora”, indica Jukka Pekola, físico de Finlandia, quien revisó los enfoques para redefinir el ampere.

Curiosamente, el proceso podría terminarse hasta la junta del 2018. Hay diferentes enfoques y aún existen problemas con la medida kilogramo, por ejemplo. Igualmente, se busca redefinir el Watt que podría ser el balance de una masa de prueba contra la gravedad de la Tierra en términos de la energía eléctrica o en un conteo preciso de los átomos en una esfera de silicio. Los dos enfoques dan ligeras diferencias que deben ser reconciliadas antes de que las unidades puedan redefinirse.

Referencias:

Nature  505, págs 273–274 (16 enero 2014)

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