majer @ 2020.07.09 , 23:27

從量子力學(xué)的角度,，宇宙是一個(gè)嘈雜的,，動(dòng)蕩的空間，粒子不斷閃爍,，涌現(xiàn)再消失,，并形成了作為背景的量子噪聲——通常無(wú)法在通常的物體上體現(xiàn)出這種效應(yīng)的微妙效果。

麻省理工學(xué)院LIGO實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在卻測(cè)量出量子漲落對(duì)接近人身尺度物體的影響,。在《自然》上發(fā)表的論文里,，研究人員報(bào)告說(shuō)，盡管量子波動(dòng)很小,，但仍能“踢”一腳美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)激光干涉儀引力波天文臺(tái)(LIGO)上40公斤重的鏡子,，導(dǎo)致它移動(dòng)了很小的幅度。

事實(shí)證明,，LIGO探測(cè)器中的量子噪聲足以將大反射鏡移動(dòng)10 ^-20米——這種位移早已被理論所預(yù)測(cè),，但從未經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)量。

麻省理工學(xué)院卡夫里天體物理與空間研究所的科學(xué)家 Lee McCuller說(shuō)：“氫原子的尺度是10^-10米,，因此鏡子的位移對(duì)我們來(lái)說(shuō)相當(dāng)于一個(gè)氫原子的直徑——卻被我們成功地測(cè)量出,?！?/p>

麻省理工學(xué)院物理系的研究生Haocun Yu解釋說(shuō)，研究人員使用了他們?cè)O(shè)計(jì)的一種特殊工具,，被稱為量子擠壓器,，以“操縱探測(cè)器的量子噪聲并減少其對(duì)反射鏡的撞擊，從而最終可以提高LIGO在探測(cè)引力波方面的靈敏度”,。

LIGO旨在檢測(cè)從數(shù)百萬(wàn)到數(shù)十億光年的天文大事件源頭到達(dá)地球的重力波,。它包括兩個(gè)雙探測(cè)器，一個(gè)在華盛頓州漢福德，另一個(gè)在路易斯安那州利文斯頓,。檢測(cè)器都是一個(gè)L形干涉儀,，由兩個(gè)4公里長(zhǎng)的隧道組成，在其末端懸掛有40公斤的反射鏡,。

為了檢測(cè)引力波，位于LIGO干涉儀輸入端的激光沿著檢測(cè)器的所有通道發(fā)射光束，在通道的遠(yuǎn)端從反射鏡反射回來(lái),，返回起點(diǎn)。在沒(méi)有引力波的情況下,，激光應(yīng)在相同的精確時(shí)間返回,。如果有引力波干擾，它將短暫地?cái)_動(dòng)反射鏡的位置,，從而影響激光的到達(dá)時(shí)間,。

做了大量工作來(lái)使干涉儀免受外界噪聲的干擾，從而使探測(cè)器有更大的機(jī)會(huì)識(shí)別出重力波產(chǎn)生的極其細(xì)微的擾動(dòng),。

麻省理工學(xué)院物理系副教授Nergis Mavalvala說(shuō)：“這個(gè)實(shí)驗(yàn)的特別之處在于我們看到了能夠影響相當(dāng)于人類體量的量子效應(yīng),。所以我們自身的存在，每一納秒都在被量子波動(dòng)沖刷,?！?/p>

DOI：10.1038/s41586-020-2420-8，www.nature.com/articles/s41586-020-2420-8
期刊信息： 自然