Medir lo vacío que está el vacío es un gran reto, y este exótico procedimiento nos permite hacerlo mucho mejor

El vacío, en realidad, no está vacío. En nuestro universo nunca lo ha estado. Ni lo estará. Una manera de definirlo con la que es fácil sentirse cómodo consiste en describirlo como una región del espacio en la que hay una ausencia absoluta de materia y energía.

Esta es la concepción clásica del vacío, y nos invita a aceptar que pueden existir, y de hecho existen, diferentes grados de vacío que es posible identificar comparando la presión en la región del espacio que queremos medir con la presión atmosférica.

Sin embargo, esta visión ha sido superada por la ciencia moderna. El desarrollo de la mecánica relativista y la mecánica cuántica ha permitido a los científicos elaborar una descripción del vacío mucho más ajustada a la realidad en la que se concibe como un estado físico de un sistema que está vinculado a la mínima energía que este puede tener.

Desde la perspectiva de la mecánica cuántica el vacío no está vacío; contiene ondas que se originan al azar. Además, estas ondas se comportan como partículas, por lo que una forma de definir este vacío cuántico consiste en describirlo como una sopa de partículas que surgen y se destruyen con mucha rapidez.

Esto es lo que se conoce como fluctuaciones del vacío, y la mejor herramienta que tenemos para entenderlas es el principio de indeterminación de Heisenberg. Esta es la idea bajo la que subyace la existencia de nuestro universo, pero lo que nos interesa en este artículo es algo un poco más mundano.

Medir lo vacío que está el vacío es muy importante para fabricar chips

La calidad del vacío entendida como la minimización de la cantidad de materia y energía contenidas en una determinada región del espacio a menudo marca la diferencia. Y no hablamos de una elucubración teórica; hay muchos escenarios en los que en la práctica es muy importante tener un vacío de calidad.

Las máquinas de fotolitografía ultravioleta extrema (UVE) fabricadas por ASML e instaladas en las fábricas de chips de compañías como TSMC, Intel o Samsung, entre otras, albergan en su interior una amplia cámara de vacío diseñada para minimizar la probabilidad de que una partícula de polvo en suspensión pueda dañar físicamente una parte de una oblea de silicio.

Otro ejemplo que ilustra con claridad la necesidad de obtener un vacío de calidad son los tubos de los aceleradores de partículas por los que circulan impulsadas por campos magnéticos muy potentes las partículas que están siendo aceleradas. O la cámara de vacío de los reactores experimentales de fusión nuclear en cuyo interior tiene lugar la fusión de los núcleos de deuterio y tritio.

Estos son solo tres de los escenarios en los que en la práctica es importante medir la calidad del vacío, y todos ellos pueden beneficiarse del hallazgo que ha hecho un grupo de investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de Estados Unidos. Y es que este equipo ha elaborado un procedimiento muy sofisticado que, según las primeras pruebas que ha llevado a cabo, evalúa el vacío con más precisión que cualquier otro sistema.

Actualmente el procedimiento utilizado en la mayor parte de las instalaciones industriales y de investigación en las que se emplea una cámara de vacío recurre a sensores diseñados para identificar una corriente eléctrica por mínima que sea cuando se ionizan las moléculas del gas alojado en el interior del recinto. El problema es que este sistema se degrada con el transcurso del tiempo, por lo que es necesario recalibrarlo para evitar que su fiabilidad se vaya a pique.

La propuesta de los investigadores de NIST es diferente. Lo que han hecho para medir el vacío de la cámara es ponderar la cantidad de moléculas de gas presentes en el interior del recinto midiendo su interacción con un conjunto de átomos de litio confinados y enfriados a una temperatura muy cercana al cero absoluto (-273,15 grados Celsius) y sobre los que incide un láser.

Lo interesante es que este procedimiento, según los investigadores que lo han diseñado, es muy preciso, y, además, el equipo de medida no requiere ser calibrado. Por el momento esta estrategia solo ha superado el primer test del conjunto de pruebas que debe sortear para que se establezca oficialmente como un estándar de medida. Pero pinta muy bien. Todo sea para tener mejor atado algo tan exótico como el vacío. Y, de paso, para entenderlo un poco mejor.

Imágenes: NIST

Más información: NIST