روش جدید در پدیدآوری یکای فشار

در یکی از تازه‌ترین دستاوردهای گروه اندازه‌شناسی نوری مؤسسه ملی استانداردها و فناوری آمریکا (NIST)، محققان موفق شدند تا یکای اندازه‌گیری فشار گاز را بر پایه اصول ترمودینامیک و نظریه کوانتوم بازتعریف کنند؛ روشی که «پاسکال نوری» نام گرفته است. این روش به جای اتکا به موازنه فشار یا مانومترهای مایع سنتی که بر مبنای مکانیک کلاسیک کار می‌کنند از تغییرات ضریب شکست نور هنگام عبور از گاز بهره می‌برد. ضریب شکست، معیاری از کند شدن نور در گاز نسبت به خلأ است و این کندی ارتباط مستقیمی با چگالی و دمای گاز دارد؛ دو کمیتی که در سیستم بین‌المللی یکاها (SI) به ثابت‌های بنیادین طبیعت متصل هستند.
ملاک اندازه‌گیری فشار در این روش آزمون یک جفت طول‌موج متفاوت است. نور لیزر ابتدا درون یک محفظه خلأ قفل می‌شود تا یک موج ایستاده شکل بگیرد. سپس با تزریق گاز به‌ویژه گازهای سنگین‌تر مانند آرگون میزان جابجایی فرکانس لیزر برای حفظ موج ایستاده ثبت می‌شود. از آنجا که اتم‌های آرگون به دلیل الکترون‌های بیشتر، قطب‌پذیری بالاتری دارند، تغییر در طول موج و فرکانس لیزر محسوس‌تر از گازهای سبک‌تر مانند هلیوم خواهد بود. این تفاوت باعث می‌شود دقت و حساسیت اندازه‌گیری در فشارهای پایین بسیار بهبود یابد.
یکی از موانع اصلی در به‌کارگیری پاسکال نوری، اعوجاج ابزاری بود که خود تحت تأثیر فشار گاز منبسط یا منقبض می‌شد. چنانچه این انحراف دستگاه در اندازه‌گیری لحاظ نشود، درستی نتایج به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. تیم تحقیق با بهره‌گیری از این نکته که تغییرات ابعادی ابزار مستقل از طول موج نور است، اندازه‌گیری را در دو طول‌موج مختلف تکرار کردند تا اثرات اعوجاج دستگاه به‌طور کامل خنثی شود. این ابتکار توانست درستی اندازه‌گیری قطب‌پذیری اتم‌های آرگون را به حدی برساند که معیاری جدید و قابل اتکا برای پاسکال ایجاد گردد.
در این مطالعه، پاتریک ایگان و جک استون از NIST به‌همراه یونچائو یانگ از مؤسسه ملی اندازه‌شناسی چین، برای نخستین بار توانستند قطب‌پذیری آرگون را با درستی بسیار بالا تعیین کنند و آن را به یکای دمای SI متصل نمایند. این موفقیت فنی نه‌تنها یک نقطه عطف در اندازه‌گیری فشار به‌شمار می‌آید، بلکه راه را برای صنایع مختلف از پالایش نفت و ساخت میکروچیپ تا سامانه‌های ارتفاع‌سنج هواپیما و توربین‌های صنعتی هموار می‌سازد تا بدون نیاز به ارسال تجهیزات خود به NIST برای کالیبراسیون، مقیاس فشار نوری قابل ردگیری به یکاهای SI را در محل کار خود پیاده کنند.
مقاله کامل این تحقیق با عنوان «Demonstration of Dispersion Gas Barometry» در شماره ۲۳ مجله Physical Review Applied منتشر شده و جزئیات روش‌شناسی، تحلیل خطاها و نتایج آزمایش‌ها در آن تشریح شده است. نتایج نشان می‌دهند که این روش می‌تواند خطاهای کالیبراسیون را به میزان چشمگیری کاهش دهد و فرآیند اندازه‌گیری فشار را از چندین مرحله به یک یا دو مرحله ساده تقلیل دهد. پژوهشگران امیدوارند که در گام بعدی، کاربرد تجربی پاسکال نوری در ترازیاب‌های فشار میدانی و سیستم‌های صنعتی به‌سرعت گسترش یابد.
در نهایت، دستیابی به پاسکال نوری نه تنها یک ابزار جدید برای دانشمندان فراهم می‌آورد، بلکه نشان می‌دهد که چطور تلفیق اصول ترمودینامیک و نظریه کوانتوم می‌تواند انقلابی در سنجش و کالیبراسیون ایجاد کند. با توجه به سادگی نسبی تجهیزات نوری و دسترسی آسان به گاز آرگون، انتظار می‌رود صنایع مختلف در دو تا سه سال آینده این فناوری را به‌طور گسترده مورد استفاده قرار دهند.
لینک خبر اصلی:

https://www.nist.gov/news-events/news/2025/06/research-under-pressure-nist-scientists-make-definitive-measurement-optical

تهیه کننده: یسری طاهری، کارشناس مرکز اندازه شناسی، اوزان و مقیاس ها

آرشیو اخبار

خانه |

بازگشت |

حريم خصوصي كاربران |

اجرا با : پورتال سازمانی سیگما

Guest (insoguest)