2019-03-26 05:56:01
测量室温下肉眼可见的量子行为

自从2015年在距离十亿光年的两个黑洞发生引力波的历史性发现之后,物理学家们正在推进有关测量精度限制的知识,这将有助于改进重力使用的下一代工具和技术。波浪科学家。

路易斯安那州立大学物理与天文学系副教授托马斯科比特及其研究团队现在提出了第一个宽频,非共振测量音频带中的量子辐射压力噪声,与引力波探测器相关的频率,如今科学期刊自然。

该研究得到了美国国家科学基金会(NSF)的支持,结果暗示了通过开发减轻被称为“反作用”的测量不精确的技术来提高引力波探测器灵敏度的方法,从而增加了探测重力的机会。波浪。

Corbitt和研究人员开发了物理设备,可以在室温下观察和听到量子效应。在非常冷的温度下测量量子效应通常更容易,而这种方法使它们更接近人类的经验。这些设备安装在位于华盛顿州利文斯顿和华盛顿州汉福德的LIGO或激光干涉仪引力波天文台等微型探测器中,由低损耗的单晶微谐振器组成 - 每个都是一个小镜子垫钉尺寸,从悬臂悬挂。激光束指向这些反射镜中的一个,并且当光束被反射时,波动的辐射压力足以弯曲悬臂结构,导致镜垫振动,从而产生噪声。

引力波干涉仪使用尽可能多的激光功率,以最小化由离散光子的测量引起的不确定性并最大化信噪比。这些较高功率的光束增加了位置精度,但也增加了反作用,这是从镜子反射的光子数量的不确定性,其对应于由于镜子上的辐射压力引起的波动力,引起机械运动。其他类型的噪声,例如热噪声,通常主导着量子辐射压力噪声,但Corbitt和他的团队,包括麻省理工学院的合作者,已经对它们进行了分类。高级LIGO和其他第二代和第三代干涉仪在其全激光功率下运行时将受到低频下的量子辐射压力噪声的限制。 Corbitt在“自然”杂志上发表的论文提供了线索,研究人员在测量引力波时如何解决这个问题。

“鉴于更灵敏的引力波探测器的必要性,重要的是研究量子辐射压力噪声在类似于高级LIGO的系统中的影响,该系统将受到远离机械的各种频率的量子辐射压力噪声的限制。测试质量悬浮液的共振频率,“Corbitt说。

Corbitt的前学术顾问和自然论文的主要作者Jonathan Cripe毕业于路易斯安那州立大学,获得博士学位。去年在物理学,现在是国家标准与技术研究所的博士后研究员:

“路易斯安那州立大学日常工作,因为我正在设计这个实验的背景工作和微镜并将所有光学器件放在桌子上,我并没有真正考虑未来结果的影响,”克里普说。 “我只关注每一个步骤并且每次都做了一天。[但]现在我们已经完成了实验,退一步思考量子力学这个事实似乎超凡脱俗的事实真的很神奇从日常的人类经验来看 - 是人眼可见的镜子运动的主要驱动力。量子真空,或“虚无”,可以对你能看到的东西产生影响。“

物理学家和NSF项目主任Pedro Marronetti指出,测试改进引力波探测器的新思路可能很棘手,特别是在降低只能在全尺寸干涉仪中测量的噪声时:

“这一突破为测试降噪开辟了新的机会,”他说。该方法相对简单,可供各种研究小组使用,可能会增加更广泛的科学界对引力波天体物理学的参与。“

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