量子震動有史以來第一次被受控制有助於尋找重力波。

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恆星合併

一項非凡的實驗已經成功在大規模環境下看出 “量子運動"的效應。這些效應基本上是在原子層上所造成的微弱震動,當一個物體看起來是靜止時。在它眾多的影響中,這研究(也能暫時停止這些效應)有助於在時空中尋找被稱為重力波這種難以捕捉的波動。

這項出版在《科學》期刊上的研究,是由一群加州理工學院(Caltech)的研究生及合作者所組成的研究團隊所進行的。在傳統物理學中,一個物體(例如碗裡的球)最後會因為重力及摩擦力的作用而停止運行。但是對統治著以原子為單位的物質與光的量子力學而言,沒有東西是真正靜止的。

這意味著每種東西都有著極細微的量子噪音或運動;以原子為單位的微小震動。在這項實驗中,研究人員不只觀察得到原子層的效用,也可以觀察得到較大的微米層的效用,而這是第一次他們能控制這些效用。

為了檢測到它的存在,他們在矽基板的頂部放了一塊可以彎曲的鋁板。接著一個超導電路用來震動板子以每秒350萬次的速度。因此將這塊板冷卻到0.01 Kelvin(-273.14°C, -459.65°F)在傳統的意義上把震動降到零度的板子減少,但是用微波場檢測的結果,發現了微小的量子運動,大約是質子大小的直徑,或者說比氫原子小10,000倍。

加州理工學院(Caltech)的共同作者Keith Schwab對IFL科學說:"我們發現微米物體的運動需要一個量子的解釋。傳統物理學就是無法捕捉我們所看見的量子噪音。"

哥達德航空中心(GSFC)的貝瑞(Berry)博士說:"這項技術能檢測出恆星合併之類的強大事件中的重力波。"

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據Schwab所說,這噪音是"海森堡的測不準原理(Heisenberg Uncertainty Principle)的必然結果",這項結果主要敘述的是所有東西的行為會同時跟粒子與波動一樣。然而,研究小組發現藉著小心應用受控制的微波場,他們就能減少在某些地方的運動以使它在其他地方變得更大。這項技術稱為量子壓縮(quantum squeezing)。

最有趣的地方之一,是這項研究可能有助於檢測出重力波。這些在時空中的波動被認為是由強烈且近乎完美規律的重力事件所造成的,例如被稱為脈衝星的旋轉中子星。但是他們至今尚未被諸如雷射干涉重力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,LIGO)等儀器成功偵測到。

如果該設備在這項研究中能加強功能,如此,它能用在檢測這些來自宇宙的時空波動。Schwab在他的聲明稿中說:"我們的工作目標是越來越大的範圍中檢測量子力學,總有一天,我們的希望是終於開始碰到跟重力波一樣大的東西。"
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來源: Iflscience