Ученые разработали новый способ измерения «ничего»
Ничто на самом деле ничто. Немного парадоксально, конечно, но это так. Все, что мы называем «пустым», «лишенным» или «ничего не содержащим», на самом деле может содержать что-то. Это просто невероятно малое количество чего-то — наименьшее количество, которого мы можем достичь.
Обычно в повседневной жизни точное определение «ничего» не имеет большого значения. Но при проведении экспериментов или создании объектах в вакуумных камерах, точное определение того, что представляет собой «ничего», имеет большое значение. Эти последние маленькие кусочки «чего-то» в камере создают давление, и для учёных невероятно важно точно знать, какое давление.
Наличие надежного метода измерения чрезвычайно малых количеств загрязняющих веществ в вакууме является главным приоритетом. Итак, в течение последних семи лет исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) разрабатывали систему под названием CAVS, что означает вакуумный стандарт холодного атома, для измерения этих крошечных давлений. Они считают, что он может служить «основным эталоном», а это означает, что он может выполнять невероятно точные измерения без необходимости калибровки.
А недавно они опубликовали статью, подтверждающую эти подозрения: CAVS не только соответствует золотому стандарту измерения сверхнизкого давления, но и превосходит возможности более традиционных систем измерения давления.
«Это кульминационный результат», — заявила физик NIST Джулия Шершлигт. «Раньше у нас было множество позитивных событий. Но это подтверждает тот факт, что наш стандарт холодного атома действительно является стандартом».
В этом методе используется очень холодный газ (литий или рубидий), заключенный в магнитное поле. Затем газ подвергается воздействию лазера, что заставляет его флуоресцировать, и исследователи могут точно сказать, как атомы могут оказаться в ловушке магнитного поля, по тому, насколько ярким является флуоресцентный отклик на лазер.
Затем измерительное устройство, содержащее всю эту систему, помещается в вакуум. Когда любые атомы, оставшиеся в камере «ничто», сталкиваются с захваченными атомами, захваченные атомы выбиваются из магнитного поля. Из-за этого весь захваченный образец светится немного менее ярко и позволяет исследователям точно измерить, сколько атомов осталось столкнуться и, следовательно, какое давление они создают.
«Тяжелая работа, необходимая для того, чтобы поднять одно из этих классических стандартных устройств, просто колоссальна», — сказала Шершлигт. «Попытки сделать это действительно помогли понять суть всего этого эксперимента: CAVS обеспечивает высокую точность в гораздо более простой форме».
Устройство работает настолько хорошо, что оно способно измерять не только уровни «ничего», которых нам нужно достичь сейчас, но и те уровни, которые нам понадобятся для производства чипов будущего и следующего поколения. И он прост в использовании. Фактически, исследователи позволили ему делать все самому, а сами пошли домой и ждали завершения измерений.
«Ничто» по-прежнему имеет решающее значение для тестирования и разработки некоторых очень интересных «чего-то», и чем лучше мы сможем это измерить, тем лучше для нас будет.