Tyhjiötilaa

Tyhjiötila, tai tyhjiötilaa, tarkoittaa tilaa, jossa ainetta esiintyy hyvin vähän ja kaasunpaine on erittäin alhainen. Sillä on kaksi päämerkitystä: klassinen tyhjiö ja kvanttimekaniikan tyhjiötila, joka kuvaa kenttien alinta energiatasoa eikä ole todellista täydellistä tyhjyyttä.

Klassinen tyhjiö viittaa käytännössä tilaan, jossa ilmanpaine on laskenut huomattavasti normaalin ilmanpaineen yläpuolelle. Tällaisia tiloja ylläpidetään erilaisilla tyhjiöpumpuilla, ja niille on tavanomaista luokitella tyhjiö karkeaan, korkeaan ja äärimmäiseen (ultra-high) tyhjiöön paineen mukaan. Paineen mittauksessa käytetään usein pascaleita tai torr-yksiköitä.

Kvanttityhjiö, eli tyhjiötila kvanttisysteemissä, kuvaa tilaa, jossa tyhjä tila ei ole todellista tyhjyyttä: kvanttifysiikassa tyhjiö sisältää kenttien alimpia energiatasoja ja jatkuvaa energiaa, jota kutsutaan tyhjiöenergiaksi. Tästä johtuvat ilmiöt kuten Casimir-vaikutus ja kvantti-imelta vuorovaikutukset. Tyhjiö ei siis ole täydellinen tyhjiö, vaan dynaaminen ja vuorovaikutteinen tila.

Käytännössä tyhjiötilat ovat keskeisiä monissa tieteellisissä ja teknisissä sovelluksissa. Esimerkiksi elektronimikroskoopit, puolijohdevalmistus, säteily- ja hiukkasfysiikan kokeet sekä avaruuslaitteet vaativat erittäin alhaisia paineita. Lisäksi avaruudessa luonnollisesti esiintyy erittäin harva tyhjiö, mikä vaikuttaa tutkimuksiin ja teknologiaan.