量子重力傳感器可探測(cè)中頻引力波

愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言，引力波是由大質(zhì)量物體的某些運(yùn)動(dòng)在時(shí)空中產(chǎn)生的漣漪。研究它們是很重要的，因?yàn)樗鼈兪刮覀兡軌蛱綔y(cè)到宇宙中那些原本很少或根本沒(méi)有可見(jiàn)光的事件，比如黑洞碰撞。　　

2015年，激光干涉儀重力波天文臺(tái)（LIGO）和處女座合作首次對(duì)引力波進(jìn)行了直接觀測(cè)。這些波是在13億年前兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞的碰撞中發(fā)射出來(lái)的，當(dāng)這一事件引起地球時(shí)空的漣漪時(shí)，用4公里長(zhǎng)的光學(xué)干涉儀探測(cè)到了。　　

7月2日消息，來(lái)自加州大學(xué)洛杉磯分校、格羅寧根大學(xué)和沃里克大學(xué)的研究人員提出了一種基于量子技術(shù)的探測(cè)器，它比目前使用的探測(cè)器小4000倍，可以探測(cè)到中頻引力波。　　這項(xiàng)研究今天發(fā)表在《新物理雜志》上，詳細(xì)介紹了如何利用最先進(jìn)的量子技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)來(lái)建造一個(gè)能夠同時(shí)測(cè)量和比較兩個(gè)地點(diǎn)的重力強(qiáng)度的探測(cè)器。　　它將使用重達(dá)10-17公斤的納米級(jí)金剛石晶體，晶體將被放置在一個(gè)量子空間疊加使用斯特恩-杰拉赫干涉法。空間疊加是一種量子態(tài)，晶體同時(shí)存在于兩個(gè)不同的地方。　　

量子力學(xué)允許一個(gè)物體，無(wú)論多大，同時(shí)在兩個(gè)不同的地方空間離域。盡管量子力學(xué)的疊加原理與我們的日常經(jīng)驗(yàn)有悖常理，但它已經(jīng)用中子、電子、離子和分子進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。　　通訊作者RyanMarshman（UCL物理與天文學(xué)和UCLQ）說(shuō)：“量子重力傳感器已經(jīng)存在，使用疊加原理。這些傳感器用于測(cè)量牛頓重力，并制造出難以置信的精確測(cè)量設(shè)備。目前量子重力傳感器所使用的量子質(zhì)量比原子小得多，但實(shí)驗(yàn)工作正在取得進(jìn)展，新的干涉測(cè)量技術(shù)需要使我們的設(shè)備工作，以研究引力波。我們發(fā)現(xiàn)，與LIGO相比，我們的探測(cè)器可以探測(cè)不同頻率范圍的引力波。只有當(dāng)科學(xué)家們?cè)谔罩杏脦资f(wàn)公里長(zhǎng)的基線建造大型探測(cè)器時(shí)，這些頻率才可能出現(xiàn)。”　　研究小組設(shè)想，他們提出的更小的探測(cè)器可以用來(lái)建立一個(gè)探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)，能夠從背景噪聲中提取引力波信號(hào)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)也可能有用，提供產(chǎn)生引力波的物體位置的精確信息。　　

合著者Sougato Bose教授（UCL物理與天文學(xué)和UCLQ）說(shuō)：“雖然我們提出的傳感器在其范圍內(nèi)是雄心勃勃的，但似乎沒(méi)有任何根本的或不可克服的障礙，使用當(dāng)前和不久的將來(lái)的技術(shù)創(chuàng)造它。制造這種探測(cè)器的所有技術(shù)要素都是在世界各地的不同實(shí)驗(yàn)中單獨(dú)實(shí)現(xiàn)的：所需的力、所需的真空質(zhì)量、將晶體疊加的方法。困難在于將它們組合在一起，并確保疊加保持原樣。”　　下一步是團(tuán)隊(duì)與實(shí)驗(yàn)人員合作，開(kāi)始構(gòu)建設(shè)備的原型。重要的是，同一類(lèi)探測(cè)器也有助于探測(cè)重力是否是一種量子力，正如最近UCL和其他機(jī)構(gòu)的研究所示。　　瑞安·馬什曼說(shuō)：“事實(shí)上，我們最初的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)這種裝置來(lái)探索非經(jīng)典重力。但是，由于實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)裝置是一項(xiàng)相當(dāng)大的努力，因此我們認(rèn)為，檢驗(yàn)這種裝置在測(cè)量非常弱的經(jīng)典重力（如引力波）方面的有效性是非常重要的，并發(fā)現(xiàn)它是有前途的！”