LIU Ming
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China Association for Science and Technology
Chinese Vacuum Society
编委的话
原子的激光冷却与俘获是一个非常活跃和令人鼓舞的领域，伴随着光偶极阱、磁阱等一系列原子阱的发展，促进了玻色-爱因斯坦凝聚等众多新发现。早期实验发现真空系统中俘获的原子与背景气体之间的碰撞限制了阱中原子的寿命，而逆向利用这一原理则可用于真空度测量，特别是为超高/极高真空度测量提供了新的思路，可解决超高/极高真空度精确测量的问题，有望发展为新的真空计量标准。本期兰州空间技术物理研究所成永军老师为本刊撰写综述文章，介绍了基于冷原子的超高/极高真空测量的基本原理，从实验测量和数值计算两个方面对碰撞过程的关键参数进行了概述，并分析了影响损失率测量准确性的各种因素，展望了利用冷原子开展超高/极高真空度精确测量的前景。文章作为封面文章发表在《真空科学与技术学报》第41卷，第5期，391-402页。
本刊编委 中国科学院近代物理研究所 赵红卫 院士
长期以来，随着原子的激光冷却和俘获技术的发展，利用原子阱中超冷原子与背景气体碰撞的损失率以精确测量超高/极高真空度的新方法正在国内外深入研究，该方法在减小不确定度的同时，可实现真空量值的扁平化传递，为真空量值提供了新的溯源途径。本文从基于冷原子的超高/极高真空测量基本原理出发，概述了冷原子-中性气体碰撞损失率系数的确定方法，并针对影响损失率测量不确定度的各种附加损失，在相关物理或数学模型基础上进行讨论以提出改进措施。最后，对该方法的测量机理进行了总结和展望。
目前在超高/极高真空测量领域，普遍使用的是基于中性气体电离原理的电离真空计进行真空度的测量，然而电离计在实验过程中会存在吸放气、催化化学反应等物理化学过程而改变周围真空环境。近年来，冷原子量子真空测量技术因其基于冷原子的本征量子力学性质，具有测量范围宽、下限低，不需要自校准、溯源链零长度、可在多个地点及不同时间复现等优点正日益受到美国NIST等国际先进的计量技术机构广泛关注。
实现冷原子量子真空计量的关键是碰撞损失截面的准确确定和冷原子损失率的精确测量。其中，碰撞损失截面是原子的基本量子特性，除了半经典理论外，逐步采用更为精确的第一性原理计算得出，但目前受限于多电子体系时计算的复杂性，仅在电子轨道较为简单的Li-H2、Li-He等体系中进行了计算，因此采用动态流量法真空校准装置将计算值传递至其它分子的碰撞体系中将是下一步研究的重点。
对于测量过程中冷原子间的碰撞损失，目前研究的重点是如何提高数据的拟合精度以精确提取出损失率系数；对于其它一些附加损失机制如阱的加热效应、Majorana自旋翻转损失等，在建立的数学或物理模型基础上，可探究其在测量过程的影响，并根据这些理论模型可提出相应的改进措施以降低不确定度。目前尚缺乏对这些影响因素的系统总结并量化其在损失率测量上的影响，因此这些都是实现真空度的准确反演、建立真空计量标准的重中之重。
更多内容请见《真空科学与技术学报》第41卷，第5期，391-402页。
DOI:10. 13922 / j. cnki. cjvst. 202105003
引用格式：S. Zhang, W. Sun, M. Dong, C. Wu, G. Liu, H. Luo, Y. Cheng, Research Progress of UHV/XHV Measurement Mechanism Based on Cold Atoms, Chin. J. Vac. Sci. Tech, 41, 5, 391-402(2021)
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通讯作者
成永军，博士，研究员，博士生导师。现任国防科技工业真空一级计量站常务副站长、中国航天科技集团有限公司五院510所真空计量技术研究中心主任。长期从事真空计量测试技术及仪器研究，先后承担国家自然科学基金项目、技术基础重大科研项目十余项，负责或参与研制出多台/套国防最高真空计量标准器具和专用测试仪器，已在我国载人航天、月球探测、北斗导航等航天重大工程中获得广泛应用。起草国家标准2项、国防军工计量技术规范（检定规程）12项，均已发布实施。在本专业领域国内外学术刊物发表论文110余篇。获授权国家发明专利20余件，其中1件获中国专利优秀奖。科研成果获国家技术发明二等奖1项，国防科技进步一等奖1项，国防技术发明二等奖2项，国防科技进步三等奖2项，中国计量测试学会科技进步一等奖3项。获陈嘉庚青年科学奖、中国青年科技奖、中国真空科技青年创新奖。入选国家“万人计划”科技创新领军人才、科技部创新人才推进计划“中青年科技创新领军人才”、中国航天科技集团学术技术带头人、中国空间技术研究院（航天五院）首席研究员。中国计量测试学会理事兼真空计量专业委员会副主任委员、中国真空学会理事兼质谱分析和检漏专业委员会委员、学术秘书。
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