为探量子引力LIGO“冻”至接近绝对零度

为探量子引力LIGO“冻”至接近绝对零度

来源：《中国科学报》2021-06-22 09:17

　　LIGO的镜子已经被冷却到接近绝对零度。图片来源：Caltech

　　美国激光干涉引力波天文台（LIGO）用来探测时空涟漪的一组4面镜子已经被冷却到几乎最低能量状态。这些镜子标记出了迄今为止如此接近这种寒冷的量子态的最大物体。相关研究结果6月18日发表于《科学》。

　　在量子尺度上，温度和运动是一样的：一个粒子振动得越多，它就越热。这些振动必须被移除才能使物体进入基态。到目前为止，研究人员只在质量不到1克的物体上实现过。

　　现在，美国麻省理工学院Chris Whittle团队已经将一个有效质量为10千克的系统，从室温冷却到77纳米开尔文，即接近绝对零度。具体而言，整个系统由4面镜子组成，每面镜子重40千克，但它们一起振动时，就像一个10千克的物体。

　　该团队利用LIGO众多反馈系统中的一个实现了这一目标。在这个反馈系统中，一束光照射在一面镜子上以测量它的振动，然后用一个电磁场减缓它的运动。Whittle表示，这有点像在荡秋千，人们能用与秋千摆动相反的作用力让秋千停下来。

　　由于研究人员想要消除的振动非常微小，他们需要极其精确地测量振动以施加正确的推力，这也是他们使用LIGO精确系统进行这项工作的原因之一。通过该方法，他们在给定时间内将系统中振动的平均数量从大约10万亿减少到略低于11个。

　　研究人员表示，该研究有助于解释为什么人们通常看不到量子态的宏观物体，一些物理学家认为这可能是由于引力的影响。研究小组成员Vivishek Sudhir说：“想要测试这一点，需要满足两个条件——足够大的物体并让这个物体处于量子状态，这样就可以测量引力对它的影响。”

　　Sudhir表示，利用这种量子态也可以让LIGO等科学仪器实现更高的精度，但这是遥远的未来。（辛雨）

[ 责编：武玥彤 ]