在日常生活中,「什麼都沒有」的精確定義並不重要,「功能上什麼都沒有」就足夠了。但是,在真空室(vacuum chamber)中進行實驗或構建物體時,「無」的精確定義非常重要。真空室中最後剩下的少數原子會產生壓力,而壓力有多大對科學家來說非常重要。
擁有一種可靠的方法來測量真空中極少量的汙染物是當務之急。過去7年,美國國家標準暨技術研究院(NIST)的科學家致力於開發「冷原子真空標準」(CAVS)來測量這些微小壓力。研究者相信可將其用作一個「主要標準」,這意味著利用它可以進行精確測量,而無需校准。
研究團隊近期在《AVS Quantum Science》發表一篇論文,確認達成了預計的結果,即「冷原子真空標準」不僅符合超低壓測量的黃金標準,而且也超越了傳統的壓力測量系統。
NIST物理學家朱莉亞‧舍施利特(Julia Scherschligt)表示,「這是登頂的最終結果。我們之前已經取得了許多積極的進展。但這次證實了一個事實:冷原子標準是一個真正的標準。」
CAVS技術利用磁場中捕獲非常冷的氣體(鋰或銣)來測量真空壓力。冷氣體被雷射照射時會發出螢光,研究人員可以透過發光的強度,來精確計算被捕獲的原子數量。
然後,將包含整個系統的測量裝置放置在真空中。當真空中殘餘的原子撞擊到上述被捕獲的原子時,後者就會從磁場中脫落,而整個被捕獲的樣本發出的螢光也稍微減弱,讓研究人員能夠準確測量剩餘的原子數量,從而測量其產生的壓力有多大。
舍施利特說,「搭建這一經典標準設備的繁重工作是難忘的,也確實讓我們明白了整個實驗的要點,即CAVS以更簡單的形式實現了高精度測量。」◇