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比目前使用的探測器小4000倍的基于量子技術(shù)的探測器

ss ? 來源:張帥說傳感 ? 作者:張帥說傳感 ? 2020-09-22 13:49 ? 次閱讀
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傳感器應(yīng)用來自加州大學(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)的探測器,它比目前使用的探測器小4000倍,可以探測到中頻引力波。

愛因斯坦的廣義相對(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到宇宙中那些原本很少或根本沒有可見光的事件,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。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)射出來的,當(dāng)這一事件引起地球時(shí)空的漣漪時(shí),用4公里長的光學(xué)干涉儀探測到了。

7月2日消息,來自加州大學(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)的探測器,它比目前使用的探測器小4000倍,可以探測到中頻引力波。

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)來建造一個(gè)能夠同時(shí)測量和比較兩個(gè)地點(diǎn)的重力強(qiáng)度的探測器。

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:“量子重力傳感器已經(jīng)存在,使用疊加原理。這些傳感器用于測量牛頓重力,并制造出難以置信的精確測量設(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,我們的探測器可以探測不同頻率范圍的引力波。只有當(dāng)科學(xué)家們在太空中用幾十萬公里長的基線建造大型探測器時(shí),這些頻率才可能出現(xiàn)?!?/p>

研究小組設(shè)想,他們提出的更小的探測器可以用來建立一個(gè)探測器網(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:“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)前和不久的將來的技術(shù)創(chuàng)造它。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(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?!?/p>

下一步是團(tuán)隊(duì)與實(shí)驗(yàn)人員合作,開始構(gòu)建設(shè)備的原型。重要的是,同一類探測器也有助于探測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:“事實(shí)上,我們最初的目標(biāo)是開發(fā)這種裝置來探索非經(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!”

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