Ученые назвали новый стандарт «пустоты»: абсолютный вакуум
Когда фокусник говорит вам, что у него в рукаве «ничего нет», то он лукавит. На самом деле, в рукаве прячется спертый воздух, частики кожи, пот и сальные выделения кожи на руках... А порой колода карт или даже целый кролик.
Но когда производитель качественных микрочипов заявляет, что в его вакуумной камере «ничего нет», то ему ему можно верить. Волос, пылинок или даже считанных молекул загрязняющих веществ может быть достаточно, чтобы разрушить деликатную технологию.
Попытка выгнать каждую частицу газа из контейнера быстро становится бессмысленной задачей. Несколько упрямых частичек останутся неизбежно, их удаление лежит за пределами современных технологий. Однако если их коллективное давление упадет ниже 0,000001 паскаля (около триллионной доли атмосферного давления), мы сможем назвать среду «сверхвысоким вакуумом», используя стандарт вакуума холодных атомов (CAVS).
Получить точную и надежную оценку такого уровня вакуума сложно. Обычно инженеры полагаются на устройства, использующие оставшиеся частицы газа в качестве электронных ступенек или заряжающие их и собирающие ионизированные частицы для подсчета. Тем не менее, исследователи задаются вопросом: можно ли превратить ограничение на эксперименты с участием атомов, охлажденных лазером, в удобный инструмент для обнаружения и подсчета остатков атмосферы, остающихся в вакуумной камере?
Вакуумная камера
Холодные, незаряженные металлические атомы, удерживаемые в магнитных ловушках, часто сталкиваются с неприятной проблемой: летящие частицы газа могут выбить их прямо из решетки. Но для ученых это плюс: измерение потерь этих атомов может обеспечить достаточно надежный показатель концентрации высокоскоростных частиц в их среде.
Подключив магнитную ловушку, содержащую около тысячи атомов лития или рубидия, к вакуумной камере, исследователи NIST показали, что можно постоянно измерять давление в диапазоне сверхвысокого вакуума, создавая новый тип датчика CAVS. Хотя они возились с устройством большую часть последних семи лет, команда совсем недавно прикрепила свою новую технологию CAVS к системе, которая может стабильно пропускать в камеру несколько десятков миллиардов молекул в секунду.
Сравнивая стандартизированный объем молекул, поступающих в камеру, с измерениями своего инновационного датчика CAVS, команда показала, что их метод не просто на высоте; это намного проще, чем все, что создавалось раньше. Без необходимости калибровки он фактически представляет собой стандартный прибор для измерения вакуума «прямо из коробки».
«Портативная версия настолько проста, что в конечном итоге мы решили автоматизировать ее так, что нам очень редко приходилось вмешиваться в ее работу, — заявил физик NIST Дэн Баркер. — На самом деле, большая часть данных портативного CAVS для этого исследования была получена, когда мы спокойно спали дома».
Для производителей высококачественных полупроводников или исследователей, полагающихся на вакуум при изучении множества явлений, от гравитационных волн до квантового хаоса и самого небытия, новая технология может быть невероятно полезным инструментом достижения порой столь необходимого «ничто».