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观察控制量子运动新方法:有助于发现时空涟漪


2015/9/9  编辑:admin 来源:本站整理

据国外媒体报道, 时空涟漪-引力波有助于揭示140亿年前宇宙形成的奥秘。 但是迄今为止, 发现这种引力波依然是一件很困难的事情。 现就在, 美国(美利坚和众国)科学家宣称他们去寻找到了一种新的方法, 这种方法能够增加引力波的发现概率。 加州理工学院的研究人员宣称, 他们找到了一种新的方法, 能够观察和控制相对较大物体的“量子运动”。

观察控制量子运动新方法:有助于发现时空涟漪

时空涟漪-引力波有助于揭示140亿年前宇宙的形成。 但是迄今为止, 发现这种引力波依然是一件很困难的事情。 现在, 美国科学家宣称他们找到了一种新的方法, 这种方法能够增加引力波的发现概率。

观察控制量子运动新方法:有助于发现时空涟漪

经典物理学的原理只适用于解释较大尺度物体的物理现象, 而在量子力学的尺度上, 没有物体是真正静止的。

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Schwab教授和他的团队设计design了一个微米级的装置, 该装置能够观测到量子噪声并且控制它。 这个装置是由一个柔性铝片置于硅基质表面组成, 当铝片以350万次每秒的频率振动时, 就一定会与超导电路相连通。

现在经典物理学的原理只适用于解释较大尺度物体的物理现象, 而在量子力学的尺度上, 没有物体是真正静止的。 加州理工学院应用物理学教授Keith Schwab称:“在过去几年中, 我们我自己和世界上的其它一些团队找到了一种方法, 该方法可以通过冷却来使微米级的物体静止, 冷却后的物体会回到量子基态从而静止。 但是即便处于量子基态, 物体仍然有微小的振动, 也可以能够称之为“噪声”。 ”

理论上量子振动或者叫量子噪声是所有物体所固有的本质运动, 永远将不会消失, 因此它可以被用于检测引力波的存在。 Schwab教授和他的团队设计了一个微米级的装置, 该装置能够观测到量子噪声并且控制它。 这个装置是由一个柔性铝片置于硅基质表面而组成, 当铝片以350万次每秒的频率振动时, 就会与超导电路相连通。

根据记录经典物理学理论, 当振动装置最后冷却至基态时, 就会完全静止。 然而实验观察并非如此, Schwab和他的团队成员发现, 当装置处于基态时, 残余能量, 也就是量子噪声依然存在。 Schwab教授称:“这种能量是用来描述量子世界本质的。 我们知道量子力学可以用来解释电子行为。 但在此处, 我们将量子物理学应用于相对较大的物体上, 这样就能在光学显微镜下来进行观察, 我们所观察的不是一个而是上万亿个原子的量子效应。 ”随后, 科学家找到了一种能够控制量子噪声的方法, 并且能够周期性地减少量子噪声。

Schwab解释说:“主要有两个变量用来描述这种运动或噪声, 通过实验证明我们确实能够将第一个变量的波动变小, 但同一个时间会导致第二个变量的波动变大, 这就是所谓的量子压缩态。 我们在一个地方压缩了噪声, 但是由于压缩, 噪声不得不跑到其它地方。 不过, 只要那些地方不是我们所有请求需要测量的, 就无关紧要。 ”

未来, 这种控制量子噪声的方法可以被用来提高灵敏度极高的测量的精度, 例如激光干涉引力波天文台(LIGO)进行的测量。 LIGO进行的这种测量主要用来寻找引力波的存在。 Schwab教授称:“我们的工作目的就在于能够在更大的物体尺度上进行量子力学检测, 直到有一天能真正探测到引力波”。

他们的研究成果已经发表在《科学》杂志上, 题为”机械谐振器内受压缩的量子运动(Quantum squeezing of motion in a mechanical resonator)”。

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