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Il sistema di misurazione più comunemente utilizzato al mondo, il Sistema internazionale di unità (SI), è stato ridefinito nel 2019. Da allora, le unità hanno dovuto essere definite in termini di costanti della natura, ovvero regole della natura fisse e di nessuna incertezza, come la velocità della luce, e non in termini di riferimenti arbitrari.
Ciò ha comportato la necessità di una nuova ricerca per mettere in relazione le molte unità del sistema con le costanti attraverso realizzazioni sperimentali.
"La ridefinizione ha causato la necessità di nuove realizzazioni", afferma il professor Jukka Pekola.
I ricercatori dell'Università di Aalto hanno ora trovato un nuovo modo promettente per collegare il watt (l'unità di potenza) alle costanti della natura. Credono che il loro metodo potrebbe mostrare la strada verso un nuovo standard di potenza; ovvero un nuovo modo per produrre una quantità nota di energia rispetto alla quale è possibile confrontare altre fonti di alimentazione e rilevatori.
I ricercatori hanno sviluppato un dispositivo che converte la frequenza in potenza. La frequenza è una quantità che può essere impostata con bassa incertezza e quindi fornisce una solida base per un nuovo standard.
"La frequenza può essere definita in modo molto, molto preciso. Se puoi fare in modo che le altre quantità dipendano dalla frequenza in un modo noto, allora hai uno standard molto accurato", afferma Pekola.
Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che tale dipendenza obbedisce a una semplice legge con accuratezza e robustezza.
"Queste caratteristiche aumentano le possibilità di utilizzare questo metodo come standard", afferma Marco Marín Suárez, dottorando.
"Fondamentalmente, questo è un potenziale nuovo modo di realizzare un watt, o flusso di energia, semplicemente impostando quantità precedentemente note", descrive Marín Suárez.
Nell'esperimento, l'energia viene prodotta con un transistor a singolo elettrone nel suo funzionamento a tornello. Questo dispositivo è stato precedentemente dimostrato da Pekola per funzionare come un potenziale standard per l'ampere, l'unità di corrente elettrica. È costituito da una piccola isola metallica, conduttori di source e drain e un elettrodo di gate, e può indirizzare potenze molto piccole.
La strada da una proposta a un nuovo standard effettivamente accettato è lunga. I ricercatori di Aalto sperano che il loro lavoro attiri successivamente l'attenzione dei metrologi che lo porterebbero oltre con misurazioni più precise.
"Questo primo esperimento non era ancora a livello di metrologia. Abbiamo potuto dimostrare che questo principio funziona, però, e abbiamo anche mostrato da dove vengono i principali errori. Resta da vedere se verrà adottato dalla comunità metrologica ", riassume Pekola.
I ricercatori cercano ora di portare avanti la loro proposta caratterizzando quanto bene la legge di conversione da frequenza a potenza si adatta al loro metodo. Ciò aumenterà la precisione con cui è possibile calibrare piccole potenze.
Gli esperimenti sono stati condotti presso l'infrastruttura di ricerca nazionale OtaNano. Il gruppo del professor Pekola fa parte del Centro di Eccellenza QTF e di InstituteQ, l'istituto quantistico finlandese. + Esplora ulteriormente
