अल्ट्राहाई वैक्यूम के लिए विश्वसनीय दबाव गेज बनाने के लिए ठंडे परमाणुओं का उपयोग किया जाता है - भौतिकी विश्व

अल्ट्राहाई वैक्यूम के लिए विश्वसनीय दबाव गेज बनाने के लिए ठंडे परमाणुओं का उपयोग किया जाता है - भौतिकी विश्व

टाइम स्टैम्प: 5 सितंबर, 2023 शाम 12:25 बजे

एनआईएसटी वैक्यूम पंप
अच्छा विचार: एनआईएसटी के डैनियल बार्कर, स्टीव एकेल, जिम फेडचैक, जूलिया शेर्सक्लिगट और सहकर्मियों ने एक ऐसी तकनीक विकसित और परीक्षण की है जो अल्ट्रालो दबाव को मापने के लिए ठंडे परमाणुओं का उपयोग करती है। (सौजन्य: एनआईएसटी)

An effect that normally gets in the way of the magnetic trapping of atoms has been harnessed to create a new method for measuring pressure in ultrahigh vacuum (UHV) systems. स्टीफन एकेल, डेनियल बार्कर, जूलिया शेरश्लिगट, जिम फेडचक and colleagues at the US National Institute of Standards and Technology (NIST) have shown that measurements made with a “cold-atom vacuum standard” (CAVS) match closely with a current standard technique for making UHV pressure measurements. The team believes that CAVSs could prove to be a more reliable way of measuring pressure than some existing techniques.

विज्ञान और उद्योग में कई अनुप्रयोग यूएचवी स्थितियों के तहत किए जाते हैं और यह महत्वपूर्ण है कि ऐसी प्रणालियों में बहुत कम दबाव को सटीक रूप से मापा जाए। यूएचवी दबाव आमतौर पर 10 से कम होता है-10  of atmospheric pressure and are usually measured using ionization gauges. These devices ionize some of the remaining (background) gas molecules in a vacuum and the ions are attracted to a negatively charged electrode. The resulting ion current is measured and this is translated into a pressure.

हालाँकि, आयनीकरण गेज के कई नुकसान हैं जिनमें बार-बार अंशांकन की आवश्यकता भी शामिल है; और सटीकता जो पृष्ठभूमि गैस की संरचना पर निर्भर करती है। परिणामस्वरूप, यूएचवी में उपयोग किए जाने पर इन गेजों में महत्वपूर्ण माप अनिश्चितताएं हो सकती हैं।

परमाणुओं का टकराना

परमाणुओं का चुंबकीय जाल एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है जो यूएचवी के तहत किया जाता है। इसमें तटस्थ परमाणुओं को पूर्ण शून्य के करीब ठंडा करना शामिल है - जिससे पदार्थ के क्वांटम गुणों का पता लगाने के लिए अल्ट्राकोल्ड परमाणुओं का उपयोग किया जा सकता है। फिर भी यूएचवी में रखे जाने पर भी, परमाणु अंततः अवशिष्ट गैस से टकराएंगे, जिससे परमाणु जाल से बाहर निकल जाएंगे।

हाल ही में, शोधकर्ताओं ने महसूस किया है कि वैक्यूम दबाव को मापने के लिए इस समस्या को एक लाभ में बदला जा सकता है। बार्कर बताते हैं, "पिछले दशक में, कई शोध समूहों ने यूएचवी रेंज में वैक्यूम दबाव को मापने के लिए पृष्ठभूमि-गैस-प्रेरित परमाणु हानि का उपयोग करने के लिए काम किया है, जो अधिकांश क्वांटम विज्ञान अनुप्रयोगों के लिए हानिकारक है।"

क्वांटम बिखरने के सिद्धांत में हाल के विकास से पता चलता है कि जिस दर पर चुंबकीय जाल से परमाणु खो जाते हैं वह पृष्ठभूमि गैस द्वारा लगाए गए दबाव के साथ अनुमानित और लगातार भिन्न होना चाहिए, चाहे उसकी संरचना कुछ भी हो। परिणामस्वरूप, कई अध्ययनों ने इस विचार का पता लगाया है कि चुंबकीय जाल का उपयोग शीत-परमाणु वैक्यूम मानकों के रूप में किया जा सकता है जो फंसे हुए परमाणुओं की हानि दर का उपयोग करके दबाव निर्धारित करते हैं, बिना किसी अंशांकन की आवश्यकता के।

गतिशील विस्तार

In its study, the NIST team set out show that that a CAVS could be used to measure pressure under UHV conditions. The study involved attaching a pair of CAVSs to a dynamic expansion system, which is regarded by NIST as the gold standard for vacuum measurement. These systems work by injecting a known amount of gas into a vacuum chamber, then removing it from the other end at a carefully controlled rate.

“The dynamic expansion standard sets a known vacuum pressure of a known gas for the two CAVSs to measure,” Barker explains. “If the pressure set by the dynamic expansion standard and the pressure measured by the CAVSs agree within their uncertainties, then the CAVSs are validated: they are truly intrinsically accurate pressure standards for ultrahigh vacuum.”

In their experiment, the researchers measured variations in collision rates between trapped, ultracold atoms of lithium and rubidium, and a variety of room-temperature noble gases. Just as previous quantum scattering calculations had suggested, the loss rates they measured from the magnetic trap CAVSs were a reliable standard for vacuum pressure.

सीएवीएस से दबाव रीडिंग तैनाती के वर्षों बाद भी भरोसेमंद रहेगी

डेनियल बार्कर

“हमने पाया कि सीएवीएस और गतिशील विस्तार मानक बहुत अच्छे समझौते में हैं; वे उसी वैक्यूम दबाव की रिपोर्ट करते हैं,'' बार्कर कहते हैं। "अब हम जानते हैं कि सीएवीएस से दबाव रीडिंग तैनाती के वर्षों बाद भी भरोसेमंद रहेगी।"

Following their success, Eckel and team now hope metrology institutes around the world will try to replicate their results by comparing CAVSs with vacuum pressure measurements made using their own dynamic expansion standards. If an international agreement can be reached, they expect that vacuum pressures could soon be routinely measured far more accurately than with ionization gauges – to the benefit of researchers working in cutting-edge areas of research.

बार्कर कहते हैं, "हम आशा करते हैं कि CAVS की दीर्घकालिक विश्वसनीयता त्वरक सुविधाओं, गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टरों और अगली पीढ़ी के सेमीकंडक्टर फैब्स में फायदेमंद हो सकती है।" "एनआईएसटी व्यावसायिक रूप से उत्पादित गेजों के लिए अंशांकन मानक के रूप में सीएवीएस विकसित करने की भी योजना बना रहा है।"

में अनुसंधान वर्णित है एवीएस क्वांटम विज्ञान.

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