研究は日々進歩。低圧力を測定する方法

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本記事は、A New Way To Measure Extremely Low Pressuresを
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約2分9秒

・新しい冷原子真空標準は、低圧レベルを正確に測定できます。

・研究者は現在、個々のモジュールをテストしており、実用的なプロトタイプがまもなく利用可能になります。

・これは、超高真空および超高真空で動作する最初の絶対センサーになります。

圧力/真空を測定する方法はたくさんあります。いくつかの研究所では、新しいテクノロジーを使用して多数の粒子とガスの分子を除去し、低圧を作成して測定しています。

多くのプロセスは、最適に動作するために非常に低い圧力を必要とします。たとえば、マイクロチップメーカーは、海面の気圧の約1,000億倍の低圧を持つ真空チャンバーで作業します。実際、いくつかのアプリケーションでは、月や宇宙環境と同様に、それよりも数千倍低い圧力が必要です。

このようなレベルでは、圧力を制御および測定するプロセスは非常に困難になります。既存の方法は、イオンゲージと呼ばれる機器に依存していますが、不変のパラメータや量子現象を処理することはできません。

現在、米国国立標準技術研究所の研究者は、従来の真空チャンバーに配置できる真空計を開発しました。キャリブレーションを必要とせず、自然の基本定数に依存しているため、量子情報科学に適しています。

より低い圧力レベルはどのように測定するのか？

新しいデバイスは、真空内の磁場とレーザーによってトラップされたリチウム原子の数の変化を監視します。これらのトラップされた原子は蛍光を発し、真空中で他の粒子にぶつかると、蛍光の量が減少します。圧力は、蛍光レベルの変動を観察することで検出できます。

この概念を詳しく説明しましょう。研究者たちは、原子の基本的な特性を測定するために、冷原子真空標準（CAVS）を設計しました。このシステムは、現在の真空チャンバーで使用できるほど十分に小さい（ポータブルである）。

ポータブルCAVSのコンセプト| 引用：NIST

これは、合計6つのレーザービームを使用する磁気光学トラップに依存しています（3つの軸のそれぞれに2つの対向するビームがあります）。トラップされた原子の速度は、レーザー光子からエネルギーを吸収するにつれて低下します。原子を特定の位置に保つために、磁気光学トラップは変化する磁場を使用します。磁場の強さは、内側の距離（中央でゼロ）とともに減少します。したがって、すべての原子は中心に向かって押し出されます。

研究者達は、回折格子と呼ばれる光学機器に向けられた1つのレーザービームのみを使用しました。機器は、光をさまざまな角度から来るいくつかのビームに分割し、トラップを作成します。この時点で、リチウム原子は絶対零度をわずかに上回り、周囲の水素分子に衝突します。