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科学家测量到量子涨落对人类体量物体的影响

从量子力学的角度,宇宙是一个嘈杂的,动荡的空间,粒子不断闪烁,涌现再消失,并形成了作为背景的量子噪声——通常无法在通常的物体上体现出这种效应的微妙效果。

麻省理工学院LIGO实验室的研究团队现在却测量出量子涨落对接近人身尺度物体的影响。在《自然》上发表的论文里,研究人员报告说,尽管量子波动很小,但仍能“踢”一脚美国国家科学基金会激光干涉仪引力波天文台(LIGO)上40公斤重的镜子,导致它移动了很小的幅度。

事实证明,LIGO探测器中的量子噪声足以将大反射镜移动10^-20米——这种位移早已被理论所预测,但从未经过实地测量。

麻省理工学院卡夫里天体物理与空间研究所的科学家 Lee McCuller说:“氢原子的尺度是10^-10米,因此镜子的位移对我们来说相当于一个氢原子的直径——却被我们成功地测量出。”

麻省理工学院物理系的研究生Haocun Yu解释说,研究人员使用了他们设计的一种特殊工具,被称为量子挤压器,以“操纵探测器的量子噪声并减少其对反射镜的撞击,从而最终可以提高LIGO在探测引力波方面的灵敏度”。

LIGO旨在检测从数百万到数十亿光年的天文大事件源头到达地球的重力波。它包括两个双探测器,一个在华盛顿州汉福德,另一个在路易斯安那州利文斯顿。检测器都是一个L形干涉仪,由两个4公里长的隧道组成,在其末端悬挂有40公斤的反射镜。

为了检测引力波,位于LIGO干涉仪输入端的激光沿着检测器的所有通道发射光束,在通道的远端从反射镜反射回来,返回起点。在没有引力波的情况下,激光应在相同的精确时间返回。如果有引力波干扰,它将短暂地扰动反射镜的位置,从而影响激光的到达时间。

做了大量工作来使干涉仪免受外界噪声的干扰,从而使探测器有更大的机会识别出重力波产生的极其细微的扰动。

麻省理工学院物理系副教授Nergis Mavalvala说:“这个实验的特别之处在于我们看到了能够影响相当于人类体量的量子效应。所以我们自身的存在,每一纳秒都在被量子波动冲刷。”

责任编辑: 李华   来源:自然 转载请注明作者、出处並保持完整。

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