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用量子力学原理能否勘探广义相对论中的引力波?

爱因斯坦的广义相对论预言,引力波是由大质量物体的特定运动在时空中发生的涟漪。引力波的研讨很重要,因为引力波能够让科学家勘探到世界中的大事情,否则会留下很少或底子看不到的光,比方黑洞磕碰。2015年激光干与仪引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台协作初次观测到了引力波。这些波是从两个超大质量黑洞之间13亿年前的磕碰中宣布。

科学家运用4公里长的光学干与仪进行勘探,因为这一事情在地球的时空中引起了涟漪。现在,伦敦大学学院、格罗宁根大学和华威大学科学家提出了一种根据量子技能的勘探器,该勘探器比现在运用的勘探器小4000倍,能够勘探到中频引力波。其研讨宣布在《新物理学》期刊上,具体介绍了怎么运用最先进的量子技能和试验技能,制作能够一同丈量和比较两个地址引力强度的勘探器。

它能够经过运用重达10-17公斤的纳米级钻石晶体来作业,运用Stern-Gerlach干与术,晶体将被放置在量子空间叠加中。空间叠加是晶体一同存在于两个不同方位的量子态。量子力学答应一个物体,不管多大,都能够一同在两个不同的当地进行空间离域。尽管量子力学的叠加原理与日常经历各走各路,并且与咱们的日常经历直接抵触,但它现已用中子、电子、离子和分子进行了试验验证。

量子引力波勘探器

通讯作者Ryan Marshman说:运用叠加原理现已存在了量子引力传感器。这些传感器被用来丈量牛顿引力,构成了令人难以置信的准确丈量设备。现在量子引力勘探器运用的量子质量要小得多,比方原子,但试验作业正在开展新的干与丈量技能,使设备能够来研讨引力波。发现,与LIGO比较,量子引力波勘探器能够勘探不同的引力波频率规模。

这些频率或许只有当科学家在基线巨细为数十万公里的太空中制作大型勘探器时才干运用。研讨人员想象,新提出的较小勘探器能够用来树立一个勘探器网络,能够从背景噪声中挑选出引力波信号。这个网络也有潜在的用途,能够供给关于发生引力波物体方位的准确信息。合著者Sougato Bose教授说:尽管新提出的勘探器在规模上雄心壮志。

但运用当时和不久的将来技能发明它,好像没有任何底子或不可逾越的妨碍。制作这种勘探器的一切技能要素,都是在世界各地的不同试验中独自完成的:所需的力,所需的真空质量,以及晶体叠加的办法,困难在于将一切这些放在一同,并保证叠加完好无缺。下一步,团队将与试验者协作,开端制作该设备的原型。重要的是,同一类勘探器也能够协助勘探引力是否是量子力。

研讨人员表明:开始是想开发探究非经典引力的设备。可是,因为完成这样的设备将是一项相当大的尽力,所以这样的设备在丈量十分弱的经典重力(如引力波)方面的功率很重要,并发现它很有出路!

博科园|研讨/来自:伦敦大学学院

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