《科學》:最新研究!為探量子引力LIGO“凍”至接近絕對零度

美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)用來探測時空漣漪的一組4面鏡子已經被冷卻到幾乎最低能量狀態。這些鏡子標記出了迄今為止如此接近這種寒冷的量子態的最大物體。相關研究結果6月18日發表于《科學》。

在量子尺度上,溫度和運動是一樣的:一個粒子振動得越多,它就越熱。這些振動必須被移除才能使物體進入基態。到目前為止,研究人員只在質量不到1克的物體上實現過。

現在,美國麻省理工學院Chris Whittle團隊已經將一個有效質量為10千克的系統,從室溫冷卻到77納米開爾文,即接近絕對零度。具體而言,整個系統由4面鏡子組成,每面鏡子重40千克,但它們一起振動時,就像一個10千克的物體。

該團隊利用LIGO眾多反饋系統中的一個實現了這一目標。在這個反饋系統中,一束光照射在一面鏡子上以測量它的振動,然后用一個電磁場減緩它的運動。Whittle表示,這有點像在蕩秋千,人們能用與秋千擺動相反的作用力讓秋千停下來。

由于研究人員想要消除的振動非常微小,他們需要極其精確地測量振動以施加正確的推力,這也是他們使用LIGO精確系統進行這項工作的原因之一。通過該方法,他們在給定時間內將系統中振動的平均數量從大約10萬億減少到略低于11個。

研究人員表示,該研究有助于解釋為什么人們通??床坏搅孔討B的宏觀物體,一些物理學家認為這可能是由于引力的影響。研究小組成員Vivishek Sudhir說:“想要測試這一點,需要滿足兩個條件——足夠大的物體并讓這個物體處于量子狀態,這樣就可以測量引力對它的影響。”

Sudhir表示,利用這種量子態也可以讓LIGO等科學儀器實現更高的精度,但這是遙遠的未來。

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