【無線射頻技術】-尋找時空中的引力波：科學家控制量子運動至量子基態(tài)

1/1尋找時空中的引力波：科學家控制量子運動至量子基態(tài)據(jù)英國每日郵報報道，時空織布里的漣漪或可以揭示宇宙在140億年前是如何產(chǎn)生的，然而查找這些名為"引力波'的漣漪卻始終難以捉摸?，F(xiàn)在美國科學家們聲稱他們發(fā)覺了改善用于檢測宇宙大爆炸的引力波的探測器的方法。

?宇宙大爆炸殘留的引力波

美國加州理工學院的討論人員表示他們發(fā)覺了在一個相對大的物體里觀看和掌握某種名為"量子運動'的方法。在量子力學里，主導物質(zhì)和光行為的原則發(fā)生在原子規(guī)模，沒有完全處于休息狀態(tài)的。"在過去幾年里，我的討論小組和全世界其它幾個科研小組了解了如何冷卻微米級別物體的運動，從而在底部產(chǎn)生這種狀態(tài)，或者稱為量子基態(tài)。'加州理工學院應用物理學教授基思施萬布(KeithSchwab)這樣說道。

?量子基態(tài)

"但是我們知道，即使在量子基態(tài)，在零度的溫度下，仍會產(chǎn)生微小的波動，或者噪聲。'理論上來說量子運動或者噪聲是全部物體運動的內(nèi)在部分，它可以擺脫用于測量引力波的敏感探測器。施萬布和他的同事設計了一款設備，使得他們可以觀看到這個噪聲并操控它。

這個微米級別的設備是由一個位于硅表面上方的敏捷鋁盤組成的。這個鋁盤被偶聯(lián)到一個超導電路，后者每秒振動350萬次。依據(jù)經(jīng)典力學定律，假如被冷卻到基態(tài)，振動結構最終將達到完全的停止狀態(tài)。但是當施萬布和他的同事在試驗里將彈簧冷卻到基態(tài)時，他們所觀看到的結果卻并非如此：他們發(fā)覺參加的能量-量子噪音仍舊存在。

?能量-量子噪音仍舊存在

"這個能量是自然量子描述的一部分，你無法剔除它。'施萬布說道。"我們都知道量子力學精確的揭示了電子的行為為何如此怪異。在這里，我們將量子力學應用到相對大的東西上，也就是一個你可以在光學顯微鏡下看到的設備，然后我們在幾萬億個原子里觀看到這個量子效應。'

然后，討論人員創(chuàng)造了一種方法操控內(nèi)在的量子噪聲，結果發(fā)覺可以將它周期性的削減。"描述噪聲或者運動有兩個主要的變量，'施萬布解釋道。"我們的討論展現(xiàn)了我們其實可以讓其中一個變量的波動變得更小代價是讓另一個變量的量子波動變得更大。這就是所謂的量子壓縮態(tài)，我們在一個方面壓縮噪聲，但是這種壓縮導致噪聲在其它地方噴射出來。但只要這些更多噪聲的地方不是你需要進行測量的地方，那就無所謂。'

掌握量子噪聲的力量或將有一天被用于提高特別敏感的測量的精確度，例如在雷射干涉儀重力波觀測站(LaserInterferometryGravitationalWaveObservatory,簡稱LIGO)進行的測量。它被由加州理工學院和麻省理工學院帶領的討論項目用于搜尋時空織布里的漣漪引力波。

"我們始終在思索使用這些方法檢測脈沖星發(fā)出的引力波，脈沖星是特別密集的恒星，它的質(zhì)量與太陽相當，但卻被壓縮成半徑只有10千米，每秒旋轉10至100次。在二十世紀七十年月，加州理工學院的物理學家基普?索恩（KipThorne）等人在發(fā)表的文章中表示，這些脈沖星應當以近周期性的頻率放射引力波，'施萬布說道。"所以我們始終在思索如何將這些這些方法應用在小規(guī)模物體上，以削減探測器里的量子噪聲，從而增加接收這些引力波的敏感性。'

為了實現(xiàn)這一點，目前的設備必需被放大。"我們的工作旨在檢測越來越大規(guī)模的量