物理学者は、巨視的な物体に対する量子ゆらぎの影響を見てきました

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ビデオ: 微观物理 丨 《宇宙自然生命简史》第二十二集:推开量子物理的大门 2023, 2月
物理学者は、巨視的な物体に対する量子ゆらぎの影響を見てきました
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Anonim
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初めて、LIGOコラボレーションは、巨視的なオブジェクト(40キログラムのミラー)に対する量子ゆらぎの影響を直接測定しました。作品はジャーナルネイチャーに掲載されました。

場の量子論の最も驚くべき予測の1つは、空間の真空は空ではなく、量子ゆらぎのために生まれて死ぬ仮想粒子で満たされているということです。これらの変動は非常に弱いですが、科学者はフィールドや小さな物体への影響を測定できます。しかし、日常生活において、巨視的なシステムを扱う場合、量子ゆらぎの影響を直接感じることはできません。

重力波が最初に検出されたLIGO天文台は、世界で最も正確な設備の1つです。天文台は2つの巨大な検出器で構成されています。これらは、重量が40キログラムのミラーを備えた4キロの干渉計です。重力波を測定する過程で、レーザービームが干渉計に送られ、ミラーで反射されて戻されます。時間遅延により、重力波によってミラーが変位したかどうかを確認できます。

開発された検出器システムは外部ノイズから非常によく保護されていますが、変動による量子ノイズを取り除くことは完全に不可能です。一方、古典的なノイズに対するこのような優れた保護により、巨視的システムにおける量子効果の影響を測定することができます。

LIGOコラボレーションは、巨視的な干渉スキーム、つまりミラーの変位に対する量子ゆらぎの影響を最初に検出したと報告しました。以前は、科学者は数十億分の1のナノオブジェクトにのみ変動の影響を見ることができました。

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圧搾された量子状態を測定するためのLIGO干渉計の概略図

変動の直接的な影響を検出するために、科学者は回路に量子圧縮に基づくデバイスを導入しました。これにより、変動の特性、つまり量子相関の強さを変更することが可能になりました。これを行うために、科学者は制御された圧縮構造で光の圧縮状態を作成し、それを干渉計でプローブビームとして使用しました。物理学者は圧縮パラメータを変化させ、これらのパラメータに対するミラー変位の依存性を測定しました。量子相関がない場合、ミラーの変位は圧縮の影響を受けません。したがって、彼らは、ミラーの変位が通常の振動ではなく、量子ノイズによるものであることを確実に示すことができました。

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実験結果

研究者は、10〜20メートルのミラーシフトを記録しました。これは、機械的運動測定の絶対的な記録です。将来的には、圧縮光量子を使用して、重力波をさらに正確に測定することもできます。この方法により、量子限界を超える精度で測定を行うことができます。

LIGOはパンデミックのため3月に操業を停止しましたが、現在は設置作業を継続する準備ができています。光量子測定の詳細については、記事「接続と測定」を参照してください。

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