量子引力LIGO绝对零度在质量不到1克的物体上实现过

2021-07-29 16:30:48

美国激光干涉引力波天文台(LIGO)用来探测时空涟漪的一组4面镜子已经被冷却到几乎最低能量状态。这些镜子标记出了迄今为止如此接近这种寒冷的量子态的最大物体。相关研究结果6月18日发表于《科学》。

在量子尺度上,温度和运动是一样的:一个粒子振动得越多,它就越热。这些振动必须被移除才能使物体进入基态。到目前为止,研究人员只在质量不到1克的物体上实现过。

现在,美国麻省理工学院Chris Whittle团队已经将一个有效质量为10千克的系统,从室温冷却到77纳米开尔文,即接近绝对零度。具体而言,整个系统由4面镜子组成,每面镜子重40千克,但它们一起振动时,就像一个10千克的物体。

该团队利用LIGO众多反馈系统中的一个实现了这一目标。在这个反馈系统中,一束光照射在一面镜子上以测量它的振动,然后用一个电磁场减缓它的运动。Whittle表示,这有点像在荡秋千,人们能用与秋千摆动相反的作用力让秋千停下来。

由于研究人员想要消除的振动非常微小,他们需要极其精确地测量振动以施加正确的推力,这也是他们使用LIGO精确系统进行这项工作的原因之一。通过该方法,他们在给定时间内将系统中振动的平均数量从大约10万亿减少到略低于11个。

研究人员表示,该研究有助于解释为什么人们通常看不到量子态的宏观物体,一些物理学家认为这可能是由于引力的影响。研究小组成员Vivishek Sudhir说:“想要测试这一点,需要满足两个条件——足够大的物体并让这个物体处于量子状态,这样就可以测量引力对它的影响。”

Sudhir表示,利用这种量子态也可以让LIGO等科学仪器实现更高的精度,但这是遥远的未来。

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