Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Världens mest använda system för mätning, International System of Units (SI), omdefinierades 2019. Sedan dess har enheter behövt definieras i termer av naturens konstanter – det vill säga naturens regler som är fasta och ingen osäkerhet, såsom ljusets hastighet – och inte i termer av godtyckliga referenser.
Detta har inneburit att ny forskning för att relatera systemets många enheter till konstanterna genom experimentella realiseringar har efterfrågats.
"Omdefinieringen har skapat ett behov av nya insikter", säger professor Jukka Pekola.
Forskare vid Aalto-universitetet har nu hittat ett lovande nytt sätt att koppla watt (kraftenheten) till naturens konstanter. De tror att deras metod kan visa vägen mot en ny kraftstandard; det vill säga ett nytt sätt att producera en känd mängd ström som andra strömkällor och detektorer kan jämföras med.
Forskarna har utvecklat en enhet som omvandlar frekvens till effekt. Frekvens är en storhet som kan ställas in med låg osäkerhet, och därför ger den en solid grund för en ny standard.
"Frekvens kan definieras väldigt, väldigt exakt. Om du kan få de andra storheterna att bero på frekvens på ett känt sätt, då har du en mycket exakt standard", säger Pekola.
Dessutom har forskarna upptäckt att ett sådant beroende följer en enkel lag med noggrannhet och robusthet.
"Dessa egenskaper ökar chanserna att använda den här metoden som standard", säger Marco Marín Suárez, doktorand.
"I grund och botten är detta ett potentiellt nytt sätt att realisera ett watt, eller energiflöde, bara genom att ställa in tidigare kända kvantiteter", beskriver Marín Suárez.
I experimentet produceras kraft med en enkelelektrontransistor i dess vändkorsdrift. Denna enhet har tidigare bevisats av Pekola att fungera som en potentiell standard för ampere, enheten för elektrisk ström. Den består av en liten metallisk ö, käll- och avloppsledningar och en grindelektrod, och den kan hantera mycket små krafter.
Vägen från ett förslag till en faktiskt accepterad ny standard är lång. Aalto-forskare hoppas att deras arbete nästa gång kommer att uppmärksamma metrologer som skulle ta det vidare med mer exakta mätningar.
"Det här första experimentet var inte på metrologinivå ännu. Vi kunde dock visa att denna princip fungerar, och vi har också visat var de största felen kommer ifrån. Det återstår att se om detta kommer att antas av metrologigemenskapen ," sammanfattar Pekola.
Forskarna försöker nu driva sitt förslag framåt genom att karakterisera hur väl lagen om omvandling av frekvens till kraft anpassar sig till deras metod. Detta kommer att öka noggrannheten med vilken små krafter kan kalibreras.
Experimenten utfördes vid OtaNanos nationella forskningsinfrastruktur. Professor Pekolas grupp är en del av QTF Center of Excellence och InstituteQ, det finska kvantinstitutet. + Utforska vidare
