Wenn Ihnen ein Zauberer sagt, dass er nichts mehr im Ärmel hat, sind Sie eingeladen, über den Armschweiß und die abgestandene Luft hinaus nach Karten oder Kaninchen zu suchen, die darin lauern.
Aber wenn ein Hersteller hochwertiger Mikrochips sagt, dass sich in seiner Vakuumkammer nichts befindet, muss man ihm wirklich vertrauen. Haare, Staubpartikel oder sogar Schadstoffmoleküle könnten ausreichen, um die empfindliche Technologie zu ruinieren.
Das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology (NIST) hat nun ein Verfahren validiert, an dem es seit einiger Zeit arbeitet, um extrem niedrige Gasdrücke auf engstem Raum genau zu messen und Industrie und Forschern damit eine neue Möglichkeit zu bieten, zu nichts zu gelangen.
Der Versuch, jedes einzelne Gasteilchen aus einem Behälter zu vertreiben, wird schnell zu einer sinnlosen Aufgabe. Ein paar hartnäckige Nachzügler werden unweigerlich bleiben. Wenn ihr kollektiver Druck jedoch unter 0,000001 Pascal (etwa ein Billionstel des Atmosphärendrucks) fällt, können wir es mit dem Kaltatomvakuumstandard (CAVS) als Ultrahochvakuum bezeichnen.
Es ist schwierig, eine genaue und zuverlässige Messung dieses Vakuumniveaus zu erhalten. Normalerweise verlässt man sich dabei auf Geräte, die verbleibende Gasteilchen als Elektronen-Trittsteine verwenden oder diese aufladen und die ionisierten Teilchen zum Zählen sammeln.
Dennoch haben sich Forscher gefragt, ob eine Einschränkung bei Experimenten mit lasergekühlten Atomen in ein praktisches Werkzeug zur Erkennung und Zählung der in einer Vakuumkammer verbleibenden Atmosphärenreste umgewandelt werden könnte.
Kalte, ungeladene Metallatome, die in Magnetfallen festgehalten werden, haben oft ein kleines Problem: Umherfliegende Gaspartikel können sie direkt aus ihrem Käfig herausschleudern. Anders ausgedrückt kann die Messung des Verlusts dieser Atome einen ziemlich zuverlässigen Hinweis auf die Konzentration von Hochgeschwindigkeitsteilchen in ihrer Umgebung liefern.
NIST-Forscher haben durch den Anschluss einer mit etwa tausend Lithium- oder Rubidiumatomen beladenen Magnetfalle an eine Vakuumkammer gezeigt, dass es möglich ist, Drücke im Ultrahochvakuumbereich konsistent zu messen und so eine neue Art von CAVS-Sensor zu schaffen.
Während sie den größten Teil der letzten sieben Jahre an dem Gerät herumgebastelt haben, hat das Team erst kürzlich seine neue CAVS-Technologie an ein System angeschlossen, das kontinuierlich mehrere zehn Milliarden Moleküle pro Sekunde in eine Kammer entweichen lassen könnte.
Durch den Vergleich des standardisierten Volumens der in die Kammer eintretenden Moleküle mit Messungen an ihrem innovativen CAVS-Sensor zeigte das Team, dass ihre Methode nicht nur auf dem neuesten Stand ist; Es ist viel einfacher als alles, was zuvor hergestellt wurde.
Ohne dass eine Kalibrierung erforderlich ist, handelt es sich tatsächlich um ein Standard-Vakuummaß direkt nach dem Auspacken.
„Tatsächlich ist die tragbare Version so einfach, dass wir uns schließlich entschieden haben, sie so zu automatisieren, dass wir nur sehr selten in ihren Betrieb eingreifen mussten“, sagt er NIST-Physiker Dan Barker.
„Tatsächlich wurden die meisten Daten des tragbaren CAVS für diese Studie erfasst, während wir bequem zu Hause schliefen.“
Es funktioniert vielleicht nicht ganz wie Zauberei, aber für Hersteller von High-End-Halbleitern oder Forscher, die auf Vakuum angewiesen sind, um alles von Gravitationswellen über Quantenchaos bis hin zum Nichts selbst zu untersuchen, könnte die neue Technologie genau das sein, was sie brauchen, um sicherzustellen, dass es da ist nichts im Ärmel.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in AVS Quantenwissenschaft.