真空非空 一種可測量虛空中殘存物質新方法(圖)
1976美國太空總署太空人兼科學家瑪麗·海倫·約翰斯頓和美國太空工程師卡羅琳·S·格林納在將靜態序列相機安裝到真空室之前檢查靜態序列相機,以拍攝先前在SPAR(空間處理應用火箭)計畫中完成的實驗的地面測試。(圖片來源:Space Frontiers/Archive Photos/Getty Images)
【看中国2023年9月28日讯】真空並非如一般人所想的完全空無一物,實際上真空仍然包含某種事物,只是東西的量太過少,低於人類所能探測的最小量。由於真空在日常生活中,不用過於嚴格來定義,如果是在真空室中進行實驗或者構建物體之時,就必須對「無」有更精確的定義。在真空室中最後所剩下的一小部分原子,其會產生壓力,這壓力有多大,對於科學家而言,可說是無比重要。
擁有一套可以精準測量在真空中極少量污染物的方法,對於科學家們而言,是當務之急。美國國家標準和技術研究所(NIST)科學家們於過去7年之中,就致力於開發所謂的「冷原子真空標準」(CAVS)系統,以測量這些微小壓力。因為研究者認為,可將其當作一個「主要標準」,代表能夠利用它來進行精確測量,而不再有校准的需要。
26日,根據外媒報導,近期研究團隊於《AVS Quantum Science》上發表一篇論文。該文章中指出,實驗確切達成了預計的結果,也就是「冷原子真空標準」不只符合超低壓測量黃金標準,且超越了傳統壓力測量系統。
美國國家標準和技術研究所的物理學家舍施利特(Julia Scherschligt)表示,這堪稱是團隊登頂的最終結果。其實該團隊之前已經取得了許多積極進展。不過此次實驗成果證實一個重要的事實,此即是冷原子標準是一個真正的標準。
這項技術利用了磁場中所捕獲的非常冷的氣態鋰或者銣,而後以雷射照射氣體,讓其發出螢光,而研究人員可以通過雷射螢光響應之亮度,來判斷原子是如何被困於磁場中的。
之後將包括整個系統的測量裝置放置於真空中,當真空中殘餘原子撞擊到了上述被捕獲的原子之時,後者就會自磁場中脫落,而讓被捕獲的樣品發出的光稍微減弱,因此研究人員就能夠從中來測量剩餘的原子數量,測量其所產生的壓力多大。
舍施利特指出,搭建這個經典標準設備的繁重工作讓人難忘,也確實使研究團隊了解到整個實驗的重點,也就是「冷原子真空標準」以更簡單形式來實現高精度測量。
舍施利特說,該項研究不僅可以測量人們現在和未來需實現的真空水平,還可以應用在未來芯片製造及下一代新科技。只要所需設備能夠搭建完成,那麼研究人員就可以回家,來等待設備自行測量出結果。
責任編輯:王君
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