D'ici 2018, les scientifiques veulent que toutes les unités de base physiques soient basées sur des solides, constantes fondamentales immuables. Les unités « mètre » et « seconde » sont bien en avance sur le calendrier; le kelvin, le kilogramme, la taupe et l'ampère sont les prochains en ligne. Des scientifiques de la Physikalisch-Technische Bundesanstalt ont maintenant réussi à mesurer les courants extrêmement faibles d'une pompe à électron unique avec une précision sans précédent. Il s'agit d'une étape importante vers la révision du Système international d'unités (SI).

La définition actuelle de l'ampère est tout sauf pratique. Il est basé sur une configuration de test hypothétique qui comprend deux conducteurs de longueur infinie. Dans cette configuration, un ampère générerait une force fixe avec précision. Cette définition est donc étroitement liée à la masse, ce qui a longtemps donné de sérieux maux de tête aux physiciens en raison de l'instabilité du prototype international du kilogramme. La définition actuelle du kilogramme limite fortement la précision avec laquelle l'ampère peut être réalisé. Les physiciens ont donc décidé que le prototype du kilogramme est devenu obsolète et devra « prendre sa retraite » en 2018, et que les fondements de l'IS devraient, à la fois, être révisé en profondeur.

Afin d'aider l'ampère à faire le saut dans le domaine des constantes fondamentales, les physiciens comptent les électrons circulant sur une période de temps donnée à travers une piste conductrice qui n'est large que de quelques nanomètres. Cela suppose qu'ils soient capables de manipuler le flux d'électrons, ce qu'ils ont obtenu au moyen d'une pompe à un électron. Il pompe des électrons uniques à travers ce que l'on peut imaginer comme une chaîne de montagnes d'une vallée à l'autre. De cette façon, il est possible de compter les électrons arrivant dans la "vallée, " et ainsi déterminer la charge élémentaire.

Les pompes à un électron présentent deux défis principaux :les pompes ne fournissent que de très faibles courants, qui sont difficiles à mesurer. Seconde, des erreurs statistiques se produisent pendant le transport des électrons, par exemple, lorsqu'un électron retombe dans la « vallée » d'où il vient ou lorsque deux électrons sont pompés dans la même vallée. Cela nuit à la précision. Une solution a déjà été développée pour résoudre les erreurs de pompage et a été démontrée avec des pompes très lentes. Les physiciens connectent plusieurs pompes en série et entre les pompes, des détecteurs spéciaux indiquent si trop ou trop peu d'électrons traversent la vallée. Il est ainsi possible de corriger les erreurs pendant que les pompes sont actives.

Maintenant, les scientifiques de la PTB ont développé avec succès une technique pour relever le défi de la mesure. Grâce à un nouvel amplificateur, les chercheurs sont capables d'amplifier le faible courant produit par les pompes par un facteur d'environ 1000. Combiné avec deux autres étalons quantiques, il est désormais possible de mesurer de petits courants avec une précision sans précédent.

Dans leur travail, Les physiciens de la PTB ont montré que les pompes monoélectroniques contrôlées permettent une réalisation de l'ampère considérablement plus précise que ne le permet la définition conventionnelle de l'ampère. "Pour le moment, la pompe monoélectronique fonctionne sans correction. Cependant, la mesure a montré que les erreurs sont, En effet, si petit que la méthode de correction devrait également fonctionner avec ces pompes rapides. C'est une véritable étape vers le nouveau SI, " explique Franz Ahlers, chef du département de métrologie quantique électrique du PTB. Il semble qu'il n'y ait plus d'obstacles à la redéfinition de l'ampère, qui est prévu pour 2018. Etant donné que la redéfinition n'entraînera que de très petits changements dans les unités électriques, la révision du SI ne sera pas perceptible pour la plupart des consommateurs. Cependant, les choses sont légèrement différentes dans des domaines tels que la micro- et la nano-électronique ou la métrologie médicale et environnementale. Dans des domaines comme ceux-ci, le nouvel ampère permettra un étalonnage beaucoup plus précis des instruments de mesure.