用量子力學(xué)原理，探測廣義相對論中的引力波，不是冤家不聚頭啊

愛因斯坦的廣義相對論預(yù)言，引力波是由大質(zhì)量物體的特定運動在時空中產(chǎn)生的漣漪。引力波的研究很重要，因為引力波可以讓科學(xué)家探測到宇宙中的大事件，否則會留下很少或根本看不到的光，比如黑洞碰撞。2015年激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)和室女座引力波天文臺合作首次觀測到了引力波。這些波是從兩個超大質(zhì)量黑洞之間13億年前的碰撞中發(fā)出。

科學(xué)家使用4公里長的光學(xué)干涉儀進行探測，因為這一事件在地球的時空中引起了漣漪。現(xiàn)在，倫敦大學(xué)學(xué)院、格羅寧根大學(xué)和華威大學(xué)科學(xué)家提出了一種基于量子技術(shù)的探測器，該探測器比目前使用的探測器小4000倍，可以探測到中頻引力波。其研究發(fā)表在《新物理學(xué)》期刊上，詳細介紹了如何使用最先進的量子技術(shù)和實驗技術(shù)，建造能夠同時測量和比較兩個地點引力強度的探測器。

它可以通過使用重達10-17公斤的納米級鉆石晶體來工作，使用Stern-Gerlach干涉術(shù)，晶體將被放置在量子空間疊加中?？臻g疊加是晶體同時存在于兩個不同位置的量子態(tài)。量子力學(xué)允許一個物體，無論多大，都可以同時在兩個不同的地方進行空間離域。盡管量子力學(xué)的疊加原理與日常經(jīng)驗背道而馳，而且與我們的日常經(jīng)驗直接沖突，但它已經(jīng)用中子、電子、離子和分子進行了實驗驗證。

量子引力波探測器

通訊作者Ryan Marshman（UCL物理與天文學(xué)和UCLQ）說：利用疊加原理已經(jīng)存在了量子引力傳感器。這些傳感器被用來測量牛頓引力，構(gòu)成了令人難以置信的精確測量設(shè)備。目前量子引力探測器使用的量子質(zhì)量要小得多，比如原子，但實驗工作正在發(fā)展新的干涉測量技術(shù)，使設(shè)備能夠來研究引力波。發(fā)現(xiàn)，與LIGO相比，量子引力波探測器可以探測不同的引力波頻率范圍。

這些頻率可能只有當(dāng)科學(xué)家在基線大小為數(shù)十萬公里的太空中建造大型探測器時才能使用。研究人員設(shè)想，新提出的較小探測器可以用來建立一個探測器網(wǎng)絡(luò)，能夠從背景噪聲中挑選出引力波信號。這個網(wǎng)絡(luò)也有潛在的用處，可以提供關(guān)于產(chǎn)生引力波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：雖然新提出的探測器在范圍上雄心勃勃。

但使用當(dāng)前和不久的將來技術(shù)創(chuàng)造它，似乎沒有任何根本或不可逾越的障礙。制造這種探測器的所有技術(shù)要素，都是在世界各地的不同實驗中單獨實現(xiàn)的：所需的力，所需的真空質(zhì)量，以及晶體疊加的方法，困難在于將所有這些放在一起，并確保疊加完好無損。下一步，團隊將與實驗者合作，開始建造該設(shè)備的原型。重要的是，同一類探測器也可以幫助探測引力是否是量子力。

研究人員表示：最初是想開發(fā)探索非經(jīng)典引力的設(shè)備。但是，由于實現(xiàn)這樣的設(shè)備將是一項相當(dāng)大的努力，所以這樣的設(shè)備在測量非常弱的經(jīng)典重力(如引力波)方面的效率很重要，并發(fā)現(xiàn)它很有前途！

博科園｜研究/來自：倫敦大學(xué)學(xué)院

參考期刊《新物理學(xué)》

DOI: 10.1088/1367-2630/ab9f6c

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