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微观量子波动移动重达四十千克镜子

2020-7-23 环球解密

麻省理工学院的实验第一次测量到,量子世界的波动可以对宏观世界带来影响——将重达40千克的镜面移动了10^-20米的距离。

“一个氢原子10^-10米,也就是说镜面移动的距离与氢原子的比例,与氢原子和我们的比例相当。我们测量到了。”MIT的研究员麦卡勒(Lee McCuller)说。

MIT物理系的马瓦瓦拉(Nergis Mavalvala)说:“这项实验的特别之处在于,我们看到量子对人体这么大的物体所产生的效应。”

“我们存在的每个纳秒,都被这些量子波动所影响着,只是人体的移动,以及热能的影响太大,因此这些量子效应对人体产生的影响无法被测量到。利用LIGO(美国激光干涉仪引力波天文台)的镜子,我们完成了所有的过滤工作,把热能和其它因素产生的影响分离开,这样我们就足够静止,能测量到量子波动对宏观物体产生的作用。”

LIGO设计用于探测抵达地球的引力波,侦测发生在宇宙中距离地球几十亿光年之外的天体事件。它由两个探测器组成,一个位于华盛顿州;另一个位于路易斯安那州。两个探测仪都由两个四公里长的隧道组成L形,每个隧道的尽头悬挂一面40千克重的镜子。

为了探测引力波,LIGO输入端向探测器的隧道发射激光,碰到镜面后返回。如果没有引力波的干扰,理论上激光从两个通道将非常精确地同时返回。如果有引力波经过,将对镜面产生微弱的影响,从而影响激光反射回来的时间。

可是,自然环境中存在很多干扰因素,因此这个仪器做了很多工作屏蔽各种噪音信号,才能探测到科学家要寻找的外来引力波。

然而,马瓦瓦拉和同事想到,LIGO可能也足够敏感,探测到来自干涉仪自身产生的量子波动效应,更具体地说,由LIGO发射的激光内光子产生的量子波动。

“激光内的量子波动所产生的辐射压力,能够移动一个物体,”麦卡勒说,“在这个实验中,这个物体就是40千克的镜子。”

于是,研究人员在干涉仪上增配了一个噪音压制器,可以调整使LIGO接收带有特定属性的信号。比如,先设置过滤掉所有的常规背景噪音,之后发现,由干涉仪自身产生的噪音,都使镜面产生了10^-20米的移动。

马瓦瓦拉表示,虽然测量结果完全符合理论预测,但“这太不简单了,证实它(量子效应)能移动这么大的东西”。

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