Il gruppo di ricerca ha presentato un innovativo “standard primario” per la misurazione delle pressioni estremamente basse. È ben noto che una camera a vuoto non può essere completamente svuotata, poiché alcune particelle di atomi o molecole rimangono sempre presenti. La rilevazione di queste minime pressioni è vitale, ad esempio, nei processi di produzione di microchip in ambienti vuoti, dove si deve controllare la pressione del gas per minimizzare la contaminazione.
Gli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno confermato una tecnica inedita per valutare le pressioni molto basse, conosciuta come CAVS (acronimo per lo standard del vuoto dell’atomo freddo). Essi hanno dimostrato che questo metodo può funzionare come uno “standard primario”, ovvero può fornire misurazioni accurati senza bisogno di essere inizialmente calibrato rispetto a un riferimento di pressione.
I ricercatori del NIST hanno dedicato sette anni allo sviluppo del CAVS, sottoponendo la loro tecnica a test scrupolosi. Il loro ultimo studio, pubblicato su AVS Quantum Science, mostra che il CAVS è equivalente al metodo “gold standard” convenzionale per la misurazione delle basse pressioni, fornendo quindi lo stesso grado di precisione e affidabilità.
CAVS non solo è in grado di fornire misure tanto valide quanto gli strumenti tradizionali, ma può anche determinare pressioni molto più basse, inferiori a un trilionesimo della pressione atmosferica, una capacità indispensabile per futuri chip e nuove scoperte scientifiche. Funzionando su principi di fisica quantistica conosciuti, può eseguire misurazioni accurate immediatamente, senza necessità di ulteriori regolazioni o calibrazioni.
Julia Scherschligt, fisica del NIST, ha sottolineato che questo risultato conferma che lo standard di atomi freddi è veramente uno standard. Oltre alla produzione di semiconduttori, il nuovo metodo potrà essere impiegato in vari campi come computer quantistici, rilevatori di onde gravitazionali, acceleratori di particelle e molto altro.
La tecnologia CAVS misura la pressione del vuoto utilizzando un gas freddo composto da circa centomila atomi di litio o rubidio, intrappolati in un campo magnetico e illuminati da un laser. Contando gli atomi intrappolati e misurando l’intensità della loro fluorescenza, si può ottenere una misura sensibile della pressione.
Nel nuovo esperimento, i ricercatori del NIST hanno accoppiato i loro sensori CAVS con un classico riferimento per la pressione del gas, noto come sistema di espansione dinamica. Questo sistema funziona iniettando una quantità nota di gas in una camera a vuoto e rimuovendolo lentamente, consentendo ai ricercatori di calcolare la pressione risultante.
Il team del NIST ha testato due tipi di sensori CAVS, uno versione da laboratorio e l’altra mobile. La versione portatile è stata addirittura automatizzata, rendendola facile da utilizzare anche nelle impostazioni più avanzate.
I ricercatori hanno misurato diversi gas inerti utilizzati nella produzione di semiconduttori e sperano di estendere le misurazioni a gas più reattivi in futuro.
In sintesi, i sistemi CAVS offrono la promessa di sostenere i ricercatori che operano con pressioni ultrabasse, aprendo nuove frontiere sia nella scienza che nella tecnologia.
