2020年7月2
从量子力学的角度来看，宇宙是一个嘈杂的、噼啪作响的空间，在这里粒子不断地在存在和消失，形成了量子噪音的背景，其影响通常非常微妙，无法在日常物体中检测到。欧洲杯猜球平台
现在，由麻省理工学院LIGO实验室的研究人员领导的一个团队首次测量了量子波动对人类尺度物体的影响。
发表在自然研究人员报告观察,量子涨落,微小的可能,还是能够“踢”重达40公斤物体一样大的镜片的美国国家科学基金会的激光干涉引力波天文台(LIGO),使它们移动微小的程度,团队能够测量。欧洲杯线上买球
结果表明，LIGO探测器中的量子噪声足以使大镜子移动10-20米——量子力学预测了这种尺寸物体的位移，但之前从未测量过。
“一个氢原子的距离是10-10米，所以镜子的位移距离氢原子的距离就像氢原子距离我们的距离一样——我们已经测量过了。”麻省理工学院天体物理与空间研究所的研究科学家李·麦卡勒说。
麻省理工学院物理学研究生余浩存(音译)解释说，研究人员使用了他们设计的一种名为量子挤压器的特殊仪器，以“操纵探测器的量子噪声并减少其对反射镜的冲击，从而最终提高LIGO探测引力波的灵敏度”。
“这个实验的特别之处在于，我们已经看到了量子效应对像人这么大的物体的影响，”麻省理工学院物理系副主任、大理石教授尼吉斯·马瓦尔瓦拉说。
“我们也一样，在我们存在的每一纳秒里，都在被这些量子涨落踢来踢去。只是我们存在的抖动，我们的热能，对于量子真空涨落来说太大了，无法对我们的运动产生可测量的影响。有了LIGO的反射镜，我们做了所有这些工作，将它们与热驱动运动和其他力隔离开来，所以它们现在仍然足够被量子涨落和宇宙中令人毛骨悚然的爆米花踢来踢去。”
Yu、malvala和McCuller是这篇新论文的共同作者，还有麻省理工学院的研究生Maggie Tse和首席研究科学家Lisa Barsotti，以及LIGO科学合作组织的其他成员。
一个量子踢
LIGO被设计用来探测来自数百万到数十亿光年之外的激变源的引力波。它由两个双胞胎探测器组成，一个在华盛顿州的汉福德，另一个在路易斯安那州的利文斯顿。每个探测器都是一个l型干涉仪，由两个4公里长的隧道组成，隧道的末端挂着一个40公斤重的镜子。
为了探测引力波，位于LIGO干涉仪输入端的激光向探测器的每个通道发送一束光，在远端反射镜的反射下，光束返回到起始点。
在没有引力波的情况下，激光会在相同的时间返回。如果引力波穿过，它会短暂地扰乱镜子的位置，从而影响激光到达的时间。
为了使干涉仪不受外界噪声的干扰，人们已经做了很多工作，这样探测器就有更好的机会挑选出引力波产生的极其微小的干扰。
马瓦尔瓦拉和她的同事们想知道LIGO是否也足够敏感，以至于仪器甚至可以感受到更微妙的影响，比如干涉仪本身内部的量子波动，特别是LIGO激光中光子产生的量子噪声。
“激光中的量子波动可以产生辐射压力，实际上可以踢到一个物体，”McCuller补充道。“我们研究的对象是一个40公斤重的镜子，它比其他研究小组测量的量子效应的纳米尺度物体重10亿倍。”
噪音压榨机
为了观察他们是否能够测量激光干涉引力波天文台(LIGO)的巨大反射镜对微小量子波动的反应，研究小组使用了他们最近建造的一个仪器，作为干涉仪的附加设备，他们称之为量子挤压器。通过压缩器，科学家可以在LIGO的干涉仪中调整量子噪声的特性。
该团队首先测量了LIGO干涉仪的总噪声，包括背景量子噪声，以及“经典”噪声，即日常振动产生的干扰。然后，他们打开挤压器，将其设置为一种特定的状态，专门改变量子噪声的性质。
在数据分析期间，他们能够减去经典噪声，从而在干涉仪中分离出纯粹的量子噪声。由于探测器不断监测镜子对任何传入噪声的位移，研究人员能够观察到，量子噪声本身就足以使镜子位移10-20米。
马瓦尔瓦拉指出，测量结果与量子力学的预测完全一致。“但看到它在如此巨大的物体中被证实，还是很了不起的，”她说。
更进一步，研究小组想知道他们是否可以操纵量子挤压器来减少干涉仪中的量子噪声。
压缩器的设计是这样的，当它设置到一个特定的状态时，它会“压缩”量子噪声的某些属性，在这种情况下，是相位和振幅。相位波动可以被认为是由光旅行时间的量子不确定性引起的，而振幅波动将量子踢到镜子表面。
“我们认为量子噪声沿不同的轴分布，我们试图在某些特定方面减少噪声，”Yu说。
当挤压器被设置到一定的状态时，它可以挤压，或者缩小相位的不确定性，同时扩大，或者增加振幅的不确定性。从不同角度压缩量子噪声会在LIGO探测器中产生不同比例的相位和振幅噪声。
研究小组想知道，改变这种压缩的角度是否会在激光干涉引力波天文台的激光器和反射镜之间建立量子关联，以一种他们也可以测量的方式。为了验证他们的想法，该团队将挤压器设置为12个不同的角度，并发现，确实，他们可以测量激光中量子噪声的不同分布与镜子运动之间的相关性。
通过这些量子关联，该团队能够压缩量子噪声，以及由此产生的镜像位移，将其降至正常水平的70%。顺便说一下,这个测量标准低于所谓的量子限制,而在量子力学中,州一个给定数量的光子,或者,在LIGO的案例中,一定程度的激光功率,预计将产生某种最低限度的量子涨落,将生成一个特定的“踢”任何对象的路径。
通过使用压缩光来减少LIGO测量中的量子噪声，该团队的测量比标准的量子极限更精确，在某种程度上降低了噪声，最终将帮助LIGO探测到更微弱、更远的引力波源。
这项研究部分是由国家科学基金会资助的。欧洲杯线上买球
来源:https://www.mit.edu/