一组理论物理学家，包括两位来自格罗宁根大学的物理学家，提出了一种可以测量引力波的“桌面”装置。然而，他们的实际目标是回答物理学中最大的问题之一:引力是量子现象吗?该装置的关键元素是大型物体的量子叠加。他们的设计发表在8月6日的《新物理杂志》上。

 

已经在预印本阶段,论文作者是瑞安·j . Marshman彼得·f·巴克和Sougato Bose(英国伦敦大学学院),加文·w·莫雷(英国华威大学)和Anupam Mazumdar和史蒂芬·霍克斯特拉(格罗宁根大学、荷兰)被誉为一种新的方法来测量重力波。在英国和荷兰工作的物理学家们提议用桌面探测器取代目前千米制大小的LIGO和VIRGO探测器。与目前的探测器相比，杏耀下载app这种装置对较低的频率更敏感，而且很容易将它们指向天空的特定部分——相比之下，目前的探测器只能看到固定的部分。

 

钻石

 

该设备的关键部分是一个微小的钻石，只有几个纳米大小。助理教授Anupam Mazumdar解释说:“在这颗钻石中，一个碳原子被一个氮原子取代。”这个原子在价带中引入了一个自由空间，它可以被一个额外的电子填充。量子理论认为，当电子被激光照射时，它可以吸收或不吸收光子能量。吸收这些能量会改变电子的自旋，即磁矩可以上升也可以下降。

 

“就像薛定谔的猫，它既死又活，这个电子自旋会吸收也不会吸收光子能量，所以它的自旋既上又下。”这种现象叫做量子叠加。由于电子是钻石的一部分，整个物体——质量约为10-17公斤，这对于量子现象来说是巨大的——处于量子叠加状态。

 

Mazumdar解释说:“我们有一颗同时有上下旋转的钻石。”通过施加磁场，就有可能分离这两个量子态。当这些量子态通过关闭磁场重新聚集在一起时，它们将产生干涉图样。“这种干涉的性质取决于两个独立的量子态所走过的距离。这可以用来测量引力波。“这些波是空间的收缩，因此它们的传播会影响两种分离状态之间的距离，从而产生干涉图案。”

 

缺失的环节

 

论文表明，这种装置确实可以探测到引力波。但这并不是Mazumdar和他的同事真正感兴趣的。Mazumdar说:“在一个系统中，我们可以获得像钻石这样的介观物体的量子叠加，并且在一段合理的时间内，这将是一个真正的突破。”“它可以进行各种测量，其中一种可以用来确定引力本身是否是一种量子现象。近一个世纪以来，量子引力一直是物理学中“缺失的一环”。

 

在2017年发表的一篇论文(1)中，Mazumdar和他的长期合作伙伴Sougato Bose以及几位同事提出，两个介观物体之间的纠缠可以用来发现引力本身是否是一种量子现象。简单地说，纠缠是一种量子现象，所以当两个仅通过引力相互作用的物体出现纠缠时，这就证明了引力是一种量子现象。

 

技术

 

在我们最新的论文中，我们描述了如何创造介观量子叠加。有了其中两个系统，杏耀app我们就能显示出纠缠。“然而，正如他们在工作中注意到的那样，单个系统对引力波非常敏感，这也成为了《物理杂志》新发表的论文的焦点。”

 

Mazumdar承认，建造这些系统的技术可能需要几十年的时间来发展。需要10-15帕斯卡的真空，同时操作温度应尽可能低，接近绝对零度(-273℃)。“现有技术可以实现高真空或低温，但我们需要同时实现这两者的技术。”此外，磁场必须是恒定的。“任何涨落都会瓦解量子叠加。”

 

自由落体

创造这种系统的回报将是巨大的。“它可以用于各种领域的测量，比如超低能物理或量子计算。”当然，它可以用来确定引力是否是量子现象。Mazumdar, Bose和他的同事刚刚上传了另一张预印本，杏耀注册 ，他们在里面描述了这个实验是如何进行的。Mazumdar解释说:“为了确保两个纠缠在一起的物体之间唯一的相互作用是它们之间的重力，这个实验应该在自由落体中进行。”带着明显的热情，他描述了在一个深矿井中一个1公里长的竖井，以减少干扰。为了得到可靠的测量结果，需要对两个纠缠的介观量子系统进行多次丢弃。“我认为这在我的有生之年都可以做到。这一结果将最终解决物理学中最大的问题之一。”