2020年7月2
宇宙,通过量子力学的镜头,是一个吵闹,噼啪声空间中粒子不断闪烁的存在,创建一个背景的量子噪声的影响通常是太微妙的检测在日常物品。yabo214
现在,第一次,麻省理工学院的研究人员领导的研究小组LIGO实验室测量量子涨落的影响在人类对象的规模。
在一篇发表在自然研究人员报告观察,量子涨落,微小的可能,还是能够“踢”重达40公斤物体一样大的镜片的美国国家科学基金会的激光干涉引力波天文台(LIGO),使它们移动微小的程度,团队能够测量。亚博老虎机网登录
原来LIGO的探测器的量子噪声是足够的大镜子移动10 - 20米——位移由量子力学预测对象的大小,但从未被测量。
“一个氢原子的真空度米,所以这镜子的位移是氢原子什么是氢原子,我们测量,”麻省理工学院的研究员李McCuller说Kavli天体物理学研究所和空间的研究。
他们设计的研究人员使用一个特殊的工具,称为量子压榨机,来“操纵探测器的量子噪声和减少其踢的镜子,在某种程度上,可能最终提高LIGO的灵敏度探测引力波,”解释Haocun Yu,麻省理工学院的物理学研究生。
“这个实验有什么特别之处是我们看到量子效应在一些大的作为一个人,”大理石教授说Nergis Mavalvala和麻省理工学院的物理系的副主管。
“我们,我们存在的每一个纳秒,被踢,打击这些量子涨落。只是我们的存在的抖动,热能,这些量子真空波动太大,影响我们的运动明显。LIGO的镜子,我们已经完成了所有这些工作从热隔离驱动的运动和其他部队,所以,他们现在仍然足以在宇宙的量子涨落,这令人毛骨悚然的爆米花。”
Yu Mavalvala, McCuller新论文的合著者,以及研究生玛吉谢霆锋和主要研究科学家丽莎Barsotti麻省理工学院以及LIGO科学合作的其他成员。
一个量子踢
LIGO是设计用来探测引力波抵达地球的来源数百万到数十亿光年。它由两个双探测器,一个在汉福德,华盛顿,和其他在利文斯顿,路易斯安那州。每个探测器是一个l型干涉仪由两个4-kilometer-long隧道,最后重达40公斤挂着一个镜子。
激光探测引力波,位于LIGO干涉仪的输入发送一束光探测器的每个隧道,它反射镜子在远端,到达回到它的起点。
在缺乏重力波,激光在相同的时间应该返回。如果重力波通过,它将短暂打扰镜子的位置,因此激光的到达时间。
大部分已经完成,使干涉仪从外部噪音,这样挑选的探测器有更好的机会极其微妙的扰动由传入的重力波。
Mavalvala和她的同事们怀疑LIGO也可以足够敏感仪器甚至可以感觉到微妙的影响,如量子干涉仪本身的波动,特别是,量子噪声产生的光子在LIGO的激光。
“这激光量子波动会导致可以踢一个物体的辐射压力,”McCuller补充道。“重达40公斤对象在我们的案例中是一个镜子,这是比其他组的纳米级对象重十亿倍有测量的量子效应。”
噪音压榨机
是否他们可以测量的运动LIGO的巨大镜子微小的量子涨落,该小组使用一种乐器他们最近建造作为一个附加的干涉仪,他们称之为量子压榨机。压榨机,科学家可以调整量子噪声的性质在LIGO干涉仪。
团队首先测量总噪声在LIGO干涉仪,包括背景量子噪声,以及“古典”噪音,或者产生干扰正常,日常的振动。然后他们把压榨机,到一个特定的状态改变量子噪声的特性。
然后他们可以减去古典噪声在数据分析过程中,孤立的纯粹的量子噪声干涉仪。随着探测器不断监测的位移反映任何传入的噪音,研究者能够观察到量子噪声就足以取代镜子,由10 - 20米。
Mavalvala指出,准确测量线与量子力学预言。“但仍然是显著的看到它被证实在这么大的东西,”她说。
更进一步,他们怀疑他们可以操纵量子压榨机减少干涉仪中的量子噪声。
压榨机设计,设置为一个特定状态时,它“挤压”量子噪声的某些属性,在这种情况下,相位和振幅。阶段波动可以被认为是起源于量子光的旅行时间的不确定性,而振幅波动传递量子踢到镜面。
“我们认为量子噪声的分布在不同的轴,我们尽量减少噪音在一些特定的方面,“Yu说。
压榨机设置为某种状态时,它可以例如紧缩,或缩小阶段的不确定性,同时向外,或增加幅度的不确定性。挤压的量子噪声在不同的角度会产生不同的相位和振幅噪音的比率在LIGO的探测器。
小组怀疑改变角的挤压会造成量子LIGO的激光和镜子之间的相关性,在某种程度上,他们也可以测量。测试他们的想法,团队将榨汁器设置为12个不同的角度和发现,事实上,他们可以测量各种分布的量子噪声之间的相关性在激光和镜子的运动。
通过这些量子关联,团队能够挤压量子噪声,以及由此产生的镜子位移,其正常水平降至70%。顺便说一下,这个测量标准低于所谓的量子限制,而在量子力学中,州一个给定数量的光子,或者,在LIGO的案例中,一定程度的激光功率,预计将产生某种最低限度的量子涨落,将生成一个特定的“踢”任何对象的路径。
通过使用压缩光减少LIGO的量子噪声测量、团队使测量更精确的比标准的量子限制,减少噪声,最终将帮助LIGO来检测微弱,更遥远的引力波源。
这项研究资助,在某种程度上,由国家科学基金会。亚博老虎机网登录
来源:https://www.mit.edu/