北京時間 7 月 5 日消息，激光干涉引力波天文臺（LIGO）物理學(xué)家現(xiàn)已將他們的勘測儀器降低至絕對零度，用于探索所謂的“量子極限”，即支配亞原子粒子崩潰的規(guī)則臨界點。據(jù)悉，LIGO 天文臺是全球最大引力波天文臺。
依據(jù)研究人員介紹，這項實驗的目標(biāo)不是研究引力波，而是理解為什么較大物體目標(biāo)會遵循量子力學(xué)規(guī)則，一些物理學(xué)家認為可能是由于引力的破壞性影響，導(dǎo)致物體目標(biāo)出現(xiàn)較大范圍的散屑，使它們不再遵循量子規(guī)則，而是產(chǎn)生宏觀層面上的變化。
在這項最新研究中，LIGO 天文臺研究人員冷卻了 4 面鏡子，每面鏡子重量大約 40 千克，從室溫降至 77 納開爾文，從而將原子振動降低到量子力學(xué)層面的最低水平之上。
該研究對于能冷卻這種大小等級的物體而言是一個巨大飛躍，到目前為止，被完全冷卻至最低能級或者基態(tài)的最大物體是一個直徑 150 納米的玻璃珠，重量僅有幾克。
美國麻省理工學(xué)院機械工程助理教授、項目主管維維謝克?蘇德赫爾說：“沒有人觀察到重力是如何作用于大質(zhì)量量子態(tài)，我們現(xiàn)已演示了如何在量子態(tài)下準(zhǔn)備千克等級的物體，這最終為引力如何影響較大量子物體的實驗研究打開一扇門，這是迄今為止唯一的夢想?！?/p>
物理理論仍無法描述萬有引力是如何作用于亞原子尺度，目前物理學(xué)家并不清楚奇點何時處于黑洞中心？以及為什么與其他所有基本自然力量（電磁、弱力和強力）相比，引力強度如此低？然而，引力僅能使用我們關(guān)于大型天體的最佳理論進行描述，即愛因斯坦的廣義相對論，但由于該理論無法適用于較小尺度范圍，廣義相對論對宇宙如何運行的分析并不全面。
為了觀察引力對大尺度物體的微弱影響，所有可能的外部噪音 —— 任何可能干擾他們尋找信號的因素，這里主要是分子的隨機碰撞，都必須從系統(tǒng)中消除，這意味著要使系統(tǒng)變得極其寒冷。一個物體的溫度和該物體原子的振動量是成正比的，因此冷卻任何物體至絕對零度意味著消除穿過該物體的所有量子等級振動（即聲子或者振動量子）。
為了消除這些量子振動，LIGO 研究小組用極其精確的激光器照射鏡子，從而測量鏡面振動，然后使用電磁場對鏡面運動施加一個作用力，減緩鏡面運動，并消除鏡面上大部分微小振動。通過這種方法，研究小組能夠在任何給定時間內(nèi)將系統(tǒng)中聲子平均數(shù)量從 10 萬億降低至 10.8。
目前，他們已從四鏡系統(tǒng)中消除了大部分振動，物理學(xué)家希望研究這些鏡子的量子態(tài)，觀察大尺度物體是如何失去它們的量子特性，這個過程被稱為“消相干”。
這并不是第一個在宏觀尺度探索量子效應(yīng)的實驗，2021 年 5 月，一支研究小組能夠在一對大約 10 微米長的近宏觀尺度的鼓上觀察到量子糾纏現(xiàn)象。2021 年 3 月，美國媒體還報道了迄今為止對引力的最小測量，這是進一步探索引力作用于量子尺度的又一次嘗試。這項研究報告發(fā)表在 6 月 18 日《科學(xué)》雜志上。
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