On n'emmenait pas un canari dans la mine pour son chant. L'oiseau tombait de son perchoir avant que le mineur ne remarque le monoxyde de carbone. Dans un vide poussé, le rôle du canari est joué par un nuage de cent mille atomes de lithium ou de rubidium. Un laser les refroidit à quelques dizaines de microkelvins, et ils restent suspendus dans un piège magnétique peu profond, dont la profondeur n'est que d'environ un millième de kelvin. Les molécules de gaz résiduel, qui se déplacent à la vitesse ambiante, entrent en collision avec les atomes froids et les éjectent du piège. Plus il y a de molécules dans la chambre, plus le nuage se vide rapidement.
Pendant cent ans, les métrologues ont mesuré la pression avec des colonnes de mercure et des manomètres à piston. Ces instruments sont performants près de la pression atmosphérique, mais leur précision s'effondre lorsqu'on s'enfonce dans le vide profond. Après la redéfinition des unités en 2019, le pascal peut être réalisé à partir de la densité de particules et de la température, ce qui a ouvert la voie aux capteurs quantiques. Ici, les atomes froids ne mesurent ni champs ni temps, comme dans les capteurs quantiques voisins. Ils deviennent des sondes de pression, et leur réponse ne nécessite aucune calibration par rapport à un autre étalon. Le taux de perte d'atomes est égal à la densité du gaz résiduel multipliée par un coefficient de perte connu, calculé à partir des premiers principes de la mécanique quantique des collisions.
Aujourd'hui, le capteur mesure des pressions allant de cinq nanopascals à cinquante micropascals, avec une incertitude relative de un à trois pour cent. Dans une démonstration, une pression de 42 nanopascals a été mesurée avec une erreur d'un seul nanopascal. C'est la première technologie capable de devenir un étalon primaire dans le vide poussé, sans recourir à de coûteux systèmes à flux. La calibration des manomètres à ionisation deviendra plus simple et moins chère, et la chaîne de traçabilité vers le pascal sera raccourcie.
Le canari dans la mine avertissait du danger, mais ne disait pas exactement combien de gaz il y avait dans l'air. Les atomes froids, eux, parlent avec précision. Ils tombent du piège un par un, et chaque départ laisse une trace dans le nombre de ceux qui restent. C'est ainsi que naît un nouvel étalon du vide, qui ne repose ni sur des ressorts ni sur des pistons, mais sur les lois du monde quantique.
La source de lithium dans le CAVF est si froide que la pression de sa vapeur à température ambiante est inférieure à 10^-16 Pa, soit 10^12 fois plus faible que celle du rubidium. Un gramme de rubidium dans un four atomique peut fournir un flux d'atomes de 10^8 par seconde pendant plus de cent ans.
L'idée d'un capteur qui détecte des collisions individuelles avec des molécules évoque les scanners atmosphériques de « Dune » de Frank Herbert, où des instruments sensibles perçoivent les moindres variations de la composition de l'air.