Wetenschappers van de Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) hebben een nieuwe drukmeetmethode geïmplementeerd, deels als bijproduct van het werk aan de "nieuwe" kelvin. Behalve dat het nieuw is, deze procedure is een primaire methode, d.w.z. het hangt alleen af ​​van natuurlijke constanten. Als onafhankelijke methode het kan worden gebruikt om de meest nauwkeurige manometers te controleren, waarvoor PTB bekend staat als de wereldleider.

Het controleren van dergelijke instrumenten was voorheen mogelijk in het bereik van maximaal 100, alleen 000 pascal; nu zijn 7 miljoen pascal haalbaar. Zo is voor het eerst een vergelijking gemaakt tussen mechanische en elektrische drukmetingen met een relatieve onzekerheid van minder dan 5 × 10 ^-6 . Bovendien, deze nieuwe methode biedt unieke mogelijkheden om helium te onderzoeken, een belangrijk modelsysteem voor de fundamenten van de natuurkunde. De wetenschappers hebben hun werk gerapporteerd in het huidige nummer van Natuurfysica .

Ben je ooit betrapt door een persoon die stiletto's draagt? Als u bekend bent met dit soort pijn, je hebt misschien al bedacht dat druk overeenkomt met een kracht per oppervlakte-eenheid, of, om preciezer te zijn, dat het het resultaat is van een kracht die verticaal op een oppervlak wordt uitgeoefend. Dit is ook het principe volgens welke de meest nauwkeurige methodes van drukmeting werken. Bij gebruik van een drukbalans je meet de druk van het gas onder een zuiger van een exact bekend oppervlak door de zwaartekracht te bepalen die op de zuiger wordt uitgeoefend. De drukbalansen van PTB zijn momenteel de meest nauwkeurige zuigermeters ter wereld:uiterst nauwkeurige instrumenten, elk van hen vervaardigd met grote inspanning.

Zoals er zijn, echter, drukbereiken waarin zelfs de beste drukbalansen niet zo nauwkeurig meten als metrologen zouden willen. Er zijn al lange tijd pogingen om alternatieve drukmeetmethoden te ontwikkelen. “Onze nieuwe methode is eigenlijk heel eenvoudig:het is gebaseerd op het meten van de dichtheid van het meetgas helium door middel van een capaciteitsmeting. Het houdt in dat we meten in welke mate het gas de capaciteit van een speciaal, zeer stabiele condensator tussen de elektroden, " legt Christof Gaiser uit, natuurkundige bij PTB. Deze methode verwijst slechts naar één universele eigenschap van heliumgas, die wordt uitgedrukt via de diëlektrische constante; het is dan ook een primaire methode.

Zo zijn Gaiser en zijn collega's er in geslaagd om voor het eerst in de praktijk een grensverleggende theoretische benadering te realiseren. Al in 1998, Mike Moldover van het Amerikaanse meetinstituut NIST had zijn idee geuit om druk te meten via een elektrische (capaciteits)meting met theoretische berekeningen van de gaseigenschappen van helium. In de komende jaren, echter, het realiseren van dit idee bleek een echte uitdaging. Zowel de nauwkeurige capaciteitsmeting als de hiervoor benodigde zeer stabiele condensatoren, evenals de theoretische berekeningen met uitsluitend natuurlijke constanten (ab initio berekeningen) waren nog niet met de vereiste nauwkeurigheid mogelijk. Bovendien, het was niet mogelijk om ze nauwkeurig te vergelijken met conventionele drukbalansen.

Elk van de experimentele obstakels is de afgelopen tien jaar bij PTB weggenomen. Als gevolg van activiteiten die zijn uitgevoerd in het kader van de nieuwe definitie van de basiseenheid kelvin, die op 20 mei van dit jaar zijn hoogtepunt bereikte met de introductie van een verbeterd systeem van eenheden, conventionele drukmetingen zowel met drukbalansen als via capaciteitsmetingen werden wereldwijd naar een ongekend niveau getild.

Dankzij de nieuwste theoretische berekeningen van diverse onderzoeksgroepen over de hele wereld, het is nu mogelijk geworden om een ​​druk van 7 miljoen pascal (d.w.z. 70 keer de normale druk) te meten met een relatieve onzekerheid van minder dan 5 × 10 ^-6 . Deze meting is bevestigd door vergelijking met een conventionele drukbalans. Het was de eerste vergelijking op gelijke voet tussen mechanische en elektrische drukmetingen.

Dus, er is nu een tweede methode beschikbaar om de druk met hoge nauwkeurigheid te kalibreren. De methode zelf en de directe vergelijking met het conventionele drukstandaardaanbod, voor een ding, de mogelijkheid om theoretische berekeningen van helium te verifiëren - een belangrijk modelsysteem in de atoomfysica. Voor een ander, ze laten ook toe om andere gassen te meten en dus zowel theorie als gasmetrologie moeten verder worden ontwikkeld.