Investigadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos da América usaram pela primeira vez um aparelho que se apoia no som de eletrões em movimento para fazer uma medição precisa da constante de Boltzmann, um valor fundamental para muitos cálculos científicos. A técnica é mais simples do que outros métodos e poderá ser um passo importante para melhorar o sistema internacional científico de medição.
A constante de Boltzmann relaciona a energia com a temperatura para partículas como átomos. O valor aceite provinha de uma medição do mesmo instituto em 1988 que usou um dispositivo medidor de temperatura para observar a pressão de um gás a um volume constante ou o volume de um gás a uma pressão constante. A técnica é bastante precisa mas a experiência é muito complexa. Cientistas têm então tentado arranjar maneiras para reproduzir este valor.
A mais recente experiência usou uma técnica eletrónica chamada “Johnson noise thermometry (JNT)” para medir a constante de Boltzmann com uma incerteza de 12 partes por milhão. Os resultados são consistentes com o valor de 1988. Os investigadores tentam atingir uma incerteza de 5 ppm ou menos, uma precisão que ajudaria a atualizar pontos cruciais da ciência como a definição de Kelvin, a unidade internacional de temperatura. O Kelvin é definido com a temperatura e pressão à qual a água, no seu estado líquido, sólido e gasoso, coexiste em equilíbrio termodinâmico (273,15 K, ou 0º C e 32º F). O valor pode variar dependendo de impurezas químicas.
O sistema JNT mede sons elétricos muito pequenos em resistências quando são arrefecidas até ao ponto triplo da água. Os sinais que os eletrões geram são proporcionais à temperatura.
Os medidores de som estão calibrados com sinais elétricos sintetizados por uma fonte voltaíca supercondutora baseada em principios fundamentais da mecânica quântica.
O valor aceite atualmente da constante de Boltzmann é 1.3806505 x 10-23 J/Kelvin.
– Luís Rei
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