表面的細(xì)節(jié):利用振蕩器探尋質(zhì)量變化的秘密

很快，全世界都會(huì)認(rèn)可基于某個(gè)物理常數(shù)的千克的新定義，似乎再無(wú)需擔(dān)心鉑銥合金國(guó)際千克原器隨時(shí)間發(fā)生質(zhì)量變化的惱人問(wèn)題。但事實(shí)上，這個(gè)問(wèn)題依然存在:人造物品很容易受環(huán)境影響而出現(xiàn)質(zhì)量消散的情況。

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的研究人員設(shè)計(jì)出一種實(shí)驗(yàn)裝置，用于研究各種材料表面質(zhì)量在不同環(huán)境下是如何增加或減少的。該裝置的靈敏度為0.02μg/cm2，相當(dāng)于在11 km2的面積上放置了一枚硬幣，這比當(dāng)前最好的商用測(cè)量裝置石英晶體微天平(QCM)的靈敏度還要高出一倍。

這種新裝置所基于的原理同QCM 一樣:當(dāng)其他所有變量都保持不變時(shí)，振蕩器的諧振頻率與它的質(zhì)量成反比。因此頻率的變化代表了質(zhì)量的變化。

振蕩器是由薄的硅晶體制造而成，分為兩個(gè)槳狀部分，由一根中心軸連接在一起。這種雙槳振蕩器的表面積為6.65 cm2，被安裝在屏蔽輻射的真空腔里。真空腔內(nèi)的溫度可以在500 K至幾K 的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。