微观量子波动移动重达四十千克镜子

微观量子波动移动重达四十千克镜子,第1张

麻省理工学院的实验首次测量到量子世界的波动可以对宏观世界产生影响——将一块重40公斤的镜子移动10-20米的距离。

“一个氢原子是10-10米,也就是说,镜子移动到氢原子的距离与氢原子和我们的距离之比相当。我们测量了一下。”麻省理工学院的研究员Lee McCuller说。

麻省理工学院物理系的Nergis Mavalvala说:“这个实验的特别之处在于,我们可以看到量子对人体那么大的物体的影响。”

“我们存在的每一纳秒都受到这些量子涨落的影响。只是人体的运动,热能的影响太大,所以这些量子效应对人体的影响无法测量。利用LIGO(美国激光干涉仪的引力波天文台)的反射镜,我们已经完成了分离热能和其他因素影响的所有滤波工作,这样我们仍然足以测量量子涨落对宏观物体的影响。”

LIGO旨在探测到达地球的引力波和宇宙中距离地球数十亿光年的天体事件。它由两个探测器组成,一个在华盛顿州;另一个在路易斯安那州。两个探测器都是由两个四公里长的隧道组成的L形,每个隧道的末端都挂着一面40公斤重的镜子。

为了探测引力波,LIGO输入向探测器的隧道发射激光,击中镜面后返回。如果没有引力波的干扰,理论上激光会非常精确地同时从两个通道返回。如果引力波穿过,会对镜面产生微弱的影响,从而影响激光反射回来的时间。

但是自然环境中的干扰因素很多,所以这台仪器做了大量的工作,屏蔽了各种噪声信号,才能够探测到科学家们要找的外来引力波。

然而,Ma Vavala和他的同事们认为,LIGO也可能足够敏感,能够探测到干涉仪本身产生的量子波效应,更具体地说,是LIGO发射的激光中的光子产生的量子波。

“激光中量子涨落产生的辐射压力可以移动一个物体,”麦考尔说。"在这个实验中,这个物体是一面40公斤的镜子."

因此,研究人员在干涉仪中添加了噪声抑制器,可以对其进行调整,使LIGO接收到具有特定属性的信号。比如先过滤掉所有常规的背景噪声,然后发现干涉仪本身产生的噪声使反射镜移动了10-20米。

马·瓦瓦拉说,虽然测量结果完全符合理论预测,但“要证明它(量子效应)能移动这么大的东西,太简单了”。

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