كشفت الولايات المتحدة للتو عن معيار جديد نهائي للا شيء: ScienceAlert

عندما يخبرك الساحر أنه لا يوجد شيء في جعبته، فأنت مدعو للنظر إلى ما وراء عرق الذراع والهواء الفاسد بحثًا عن البطاقات أو الأرانب الكامنة بداخلها.

ولكن عندما تقول إحدى الشركات المصنعة للرقائق الدقيقة عالية الجودة إنه لا يوجد شيء في حجرتها المفرغة، فأنت بحاجة حقًا إلى الوثوق بها. يمكن أن تكون الشعيرات أو ذرات الغبار أو حتى جزيئات الملوثات كافية لتدمير التكنولوجيا الدقيقة.

لقد قام المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) الآن بالتحقق من صحة العملية التي كانوا يعملون عليها لبعض الوقت لقياس ضغط الغاز المنخفض للغاية بدقة داخل مساحة محدودة، مما يوفر للصناعات والباحثين طريقة جديدة للوصول إلى لا شيء.

إن محاولة مطاردة كل جسيم غاز من الحاوية سرعان ما تصبح مهمة أحمق. عدد قليل من المتطرفين العنيدين سوف يبقون حتمًا. ومع ذلك، إذا كان ضغطهم الجماعي أقل من 0.000001 باسكال (حوالي تريليون من الضغط الجوي)، يمكننا أن نطلق عليه فراغًا فائق الارتفاع باستخدام معيار الفراغ الذري البارد (CAVS).

الحصول على قياس دقيق وموثوق لهذا المستوى من الفراغ أمر صعب، ويعتمد عادة على الأجهزة التي تستخدم جزيئات الغاز المتبقية كنقطة انطلاق للإلكترون، أو شحن لهم وجمع الجزيئات المتأينة للعد.

ومع ذلك، فقد تساءل الباحثون عما إذا كان من الممكن تحويل القيود المفروضة على التجارب التي تنطوي على ذرات مبردة بالليزر إلى أداة مفيدة لكشف وحساب بقايا الغلاف الجوي المتبقية في غرفة مفرغة.

ذرات معدنية باردة وغير مشحونة محبوسة في مصائد مغناطيسية غالبا ما تعاني مشكلة مزعجة – يمكن لجزيئات الغاز المتطايرة أن تضربهم مباشرة خارج قفصهم. ومن ناحية أخرى، فإن قياس فقدان هذه الذرات يمكن أن يوفر مؤشرًا موثوقًا إلى حد ما عن تركيز الجسيمات عالية السرعة في بيئتها.

من خلال ربط مصيدة مغناطيسية محملة بحوالي ألف ذرة من الليثيوم أو الروبيديوم بغرفة مفرغة، أظهر باحثو NIST أنه من الممكن قياس الضغوط باستمرار ضمن نطاق الفراغ العالي للغاية، مما يخلق نوعًا جديدًا من مستشعرات CAVS.

بينما كانوا يعبثون بالجهاز طوال الجزء الأكبر من السنوات السبع الماضية، قام الفريق مؤخرًا بربط تقنية CAVS الجديدة بنظام يمكنه تسريب عشرات المليارات من الجزيئات بشكل ثابت إلى غرفة في الثانية.

وبمقارنة الحجم القياسي للجزيئات التي تدخل الغرفة مع القياسات الموجودة على مستشعر CAVS المبتكر، أظهر الفريق أن طريقتهم ليست مجرد نقطة الصفر؛ إنه أبسط بكثير من أي شيء تم إنتاجه من قبل.

وبدون الحاجة إلى المعايرة، فإنه يمثل في الواقع مقياسًا قياسيًا للفراغ بمجرد إخراجه من الصندوق.

“في الواقع، النسخة المحمولة بسيطة جدًا، وقررنا في النهاية تشغيلها تلقائيًا بحيث نادرًا ما نضطر إلى التدخل في تشغيلها.” يقول NIST الفيزيائي دان باركر.

“في الواقع، تم أخذ معظم البيانات من CAVS المحمولة لهذه الدراسة بينما كنا نائمين بشكل مريح في المنزل.”

قد لا يكون الأمر مثل السحر تمامًا، ولكن بالنسبة لمنتجي أشباه الموصلات المتطورة أو الباحثين الذين يعتمدون على المكانس الكهربائية لدراسة كل شيء بدءًا من موجات الجاذبية لتحويل الفوضى الكمومية إلى العدم نفسه، يمكن أن تكون التكنولوجيا الجديدة هي ما يحتاجون إليه لضمان عدم وجود أي شيء تقريبًا في سواعدهم.

وقد نشر هذا البحث في AVS علوم الكم.