真空并非空新方法可测量虚空中残存物质

实验室中的一个真空室（vacuum chamber）。（Shutterstock）

真空并不等于真的空无一物。虽然这看似有点自相矛盾，但却是事实。任何所谓的“虚空”、“空无”或“什么都不包含”的状态，事实上都包含着某种东西。只不过是一个令人难以置信的小量——我们可以探测的最小量。对极度真空的测试和开发关系到未来芯片的开发。

通常，在日常生活中，“什么都没有”的精确定义并不重要——“功能上什么都没有”就足够了。但是，当你在真空室（vacuum chamber）中进行实验或构建物体时，“无”的精确定义则非常重要。真空室中最后剩下的一小部分原子会产生压力，而压力有多大对科学家来说极其重要。

因此，拥有一种可靠的方法来测量真空中极少量的污染物是当务之急。在过去七年里，美国国家标准与技术研究所（NIST）的科学家致力于开发一种称为“冷原子真空标准”（CAVS）的系统来测量这些微小的压力。研究者相信可将其用作一个“主要标准”，这意味着利用它可以进行精确无比的测量，而无需校准。

最近，研究团队在《AVS Quantum Science》期刊9月号上发表了一篇论文，确认达成了预计的结果，即“冷原子真空标准”不仅符合超低压测量的黄金标准，而且也超越了传统的压力测量系统。

NIST物理学家朱莉娅‧舍施利特（Julia Scherschligt）在一份新闻稿中表示：“这是登顶的最终结果。我们之前已经取得了许多积极的进展。但这次证实了一个事实：冷原子标准是一个真正的标准。”

该技术利用磁场中捕获的非常冷的气态锂或铷。然后，气体被激光照射，使其发出萤光，研究人员可以通过激光萤光响应的亮度来准确判断原子是怎样被困在磁场中的。

然后，将包含整个系统的测量装置放置在真空中。当真空中残余的原子撞击到上述被捕获的原子时，后者就会从磁场中脱落。这使得整个被捕获的样品发出的光稍微减弱，使研究人员能够准确测量剩余的原子数量，从而测量其产生的压力有多大。

舍施利特在新闻稿中表示：“搭建这一经典标准设备所需的繁重工作是难忘的，也确实让我们明白了整个实验的要点，即CAVS以更简单的形式实现了高精度测量。”

该设备工作得非常好，它不仅能够测量我们现在需要实现的真空水平，而且能够测量我们将需要的水平，以应用于“未来芯片制造和下一代的新科技”。而且很容易使用，一旦所需设备搭建完成，研究人员实际上完全可以回家等待它自行测量出结果。