美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）用來(lái)探測(cè)時(shí)空漣漪的一組4面鏡子已經(jīng)被冷卻到幾乎最低能量狀態(tài)。
這些鏡子標(biāo)記出了迄今為止如此接近這種寒冷的量子態(tài)的最大物體。相關(guān)研究結(jié)果6月18日發(fā)表于《科學(xué)》。
在量子尺度上，溫度和運(yùn)動(dòng)是一樣的：一個(gè)粒子振動(dòng)得越多，它就越熱。這些振動(dòng)必須被移除才能使物體進(jìn)入基態(tài)。到目前為止，研究人員只在質(zhì)量不到1克的物體上實(shí)現(xiàn)過(guò)。
現(xiàn)在，美國(guó)麻省理工學(xué)院Chris Whittle團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將一個(gè)有效質(zhì)量為10千克的系統(tǒng)，從室溫冷卻到77納米開(kāi)爾文，即接近絕對(duì)零度。
具體而言，整個(gè)系統(tǒng)由4面鏡子組成，每面鏡子重40千克，但它們一起振動(dòng)時(shí)，就像一個(gè)10千克的物體。
該團(tuán)隊(duì)利用LIGO眾多反饋系統(tǒng)中的一個(gè)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。在這個(gè)反饋系統(tǒng)中，一束光照射在一面鏡子上以測(cè)量它的振動(dòng)，然后用一個(gè)電磁場(chǎng)減緩它的運(yùn)動(dòng)。
Whittle表示，這有點(diǎn)像在蕩秋千，人們能用與秋千擺動(dòng)相反的作用力讓秋千停下來(lái)。
由于研究人員想要消除的振動(dòng)非常微小，他們需要極其精確地測(cè)量振動(dòng)以施加正確的推力，這也是他們使用LIGO精確系統(tǒng)進(jìn)行這項(xiàng)工作的原因之一。
通過(guò)該方法，他們?cè)诮o定時(shí)間內(nèi)將系統(tǒng)中振動(dòng)的平均數(shù)量從大約10萬(wàn)億減少到略低于11個(gè)。
研究人員表示，該研究有助于解釋為什么人們通?？床坏搅孔討B(tài)的宏觀(guān)物體，一些物理學(xué)家認(rèn)為這可能是由于引力的影響。
研究小組成員Vivishek Sudhir說(shuō)：“想要測(cè)試這一點(diǎn)，需要滿(mǎn)足兩個(gè)條件——足夠大的物體并讓這個(gè)物體處于量子狀態(tài)，這樣就可以測(cè)量引力對(duì)它的影響。”
Sudhir表示，利用這種量子態(tài)也可以讓LIGO等科學(xué)儀器實(shí)現(xiàn)更高的精度，但這是遙遠(yuǎn)的未來(lái)。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abh2634

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2021-06-22 第1版 要聞 原標(biāo)題為《為探量子引力，LIGO“凍”至接近絕對(duì)零度》)

編輯 | 趙路排版 | 志海