比普通探测器小4000倍!量子重力传感器可探测中频引力波

来自加州大学洛杉矶分校、格罗宁根大学和沃里克大学的研究人员提出了一种基于量子技术的探测器,它比目前使用的探测器小4000倍,可以探测到中频引力波。

  爱因斯坦的广义相对论预言,引力波是由大质量物体的某些运动在时空中产生的涟漪。研究它们是很重要的,因为它们使我们能够探测到宇宙中那些原本很少或根本没有可见光的事件,比如黑洞碰撞。

桌面量子实验可以检测引力波.jpg

  2015年,激光干涉仪重力波天文台(LIGO)和处女座合作首次对引力波进行了直接观测。这些波是在13亿年前两个超大质量黑洞的碰撞中发射出来的,当这一事件引起地球时空的涟漪时,用4公里长的光学干涉仪探测到了。

  7月2日消息,来自加州大学洛杉矶分校、格罗宁根大学和沃里克大学的研究人员提出了一种基于量子技术的探测器,它比目前使用的探测器小4000倍,可以探测到中频引力波。

  这项研究今天发表在《新物理杂志》上,详细介绍了如何利用最先进的量子技术和实验技术来建造一个能够同时测量和比较两个地点的重力强度的探测器。

  它将使用重达10-17公斤的纳米级金刚石晶体,晶体将被放置在一个量子空间叠加使用斯特恩-杰拉赫干涉法。空间叠加是一种量子态,晶体同时存在于两个不同的地方。

  量子力学允许一个物体,无论多大,同时在两个不同的地方空间离域。尽管量子力学的叠加原理与我们的日常经验有悖常理,但它已经用中子、电子、离子和分子进行了实验验证。

  通讯作者RyanMarshman(UCL物理与天文学和UCLQ)说:“量子重力传感器已经存在,使用叠加原理。这些传感器用于测量牛顿重力,并制造出难以置信的精确测量设备。目前量子重力传感器所使用的量子质量比原子小得多,但实验工作正在取得进展,新的干涉测量技术需要使我们的设备工作,以研究引力波。我们发现,与LIGO相比,我们的探测器可以探测不同频率范围的引力波。只有当科学家们在太空中用几十万公里长的基线建造大型探测器时,这些频率才可能出现。”

  研究小组设想,他们提出的更小的探测器可以用来建立一个探测器网络,能够从背景噪声中提取引力波信号。这个网络也可能有用,提供产生引力波的物体位置的精确信息。

  合著者Sougato Bose教授(UCL物理与天文学和UCLQ)说:“虽然我们提出的传感器在其范围内是雄心勃勃的,但似乎没有任何根本的或不可克服的障碍,使用当前和不久的将来的技术创造它。制造这种探测器的所有技术要素都是在世界各地的不同实验中单独实现的:所需的力、所需的真空质量、将晶体叠加的方法。困难在于将它们组合在一起,并确保叠加保持原样。”

  下一步是团队与实验人员合作,开始构建设备的原型。重要的是,同一类探测器也有助于探测重力是否是一种量子力,正如最近UCL和其他机构的研究所示。

  瑞安·马什曼说:“事实上,我们最初的目标是开发这种装置来探索非经典重力。但是,由于实现这样一个装置是一项相当大的努力,因此我们认为,检验这种装置在测量非常弱的经典重力(如引力波)方面的有效性是非常重要的,并发现它是有前途的!”

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