الفيزيائيون قياس إزاحة 40 كجم مرايا صغيرة بشكل لا يصدق القيمة. هذا التحول كان بسبب الكم الضوضاء. هو عدة مرات أصغر من المرآة ، كم مرة المرآة أكثر من ذرة الهيدروجين (!). هذا هو أول قياس تأثير الضوضاء الكم على العيانية الكائن. ليس فقط أنها لا ببراعة يؤكد قوانين ميكانيكا الكم ، بل يفتح الطريق إلى أكثر حساسية موجة الجاذبية كاشفات.
الإنجاز هو موضح في ورقة علمية نشرت في مجلة الطبيعة.
جاذبية غير مسبوق من الدقة
على LIGO كاشف هو على الأرجح الأكثر دقة الأداة العلمية التي تم إنشاؤها من قبل البشر. عند تسجيل موجات الجاذبية أنها تلتقط النزوح من المرايا على 10-18 مربع ، وهو ألف مرة أصغر من قطر البروتون (!). الطريقة الوحيدة لإصلاح ضعف الجاذبية صدى اصطدام الثقوب السوداء و النجوم النيوترونية التي تحدث في مئات الملايين من السنين الضوئية عن الأرض.
العلماء الآن قد ذهب أبعد من ذلك و “تعليم” أداة لتسجيل مئات المرات أصغر ، والتحول من أجل من 10-20 مربع. مثل هذه التقلبات يتم إنشاء الكم مرآة الضوضاء التي هي حتما موجودة في المنعكس من شعاع الليزر.
“حجم ذرة الهيدروجين هو 10-10 مربع ، بحيث النزوح من المرايا مقارنة ذرة الهيدروجين — نفس ذرة الهيدروجين هو بالمقارنة مع الولايات المتحدة. وقسنا!” — مع مفهوم فخر يقول المؤلف المشارك لي Mcculler (لي McCuller) من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
هذا هو أول قياس تأثير الضوضاء الكم على كائن وزنها عشرات الكيلوغرامات. سابقا ، الفيزيائيين سجلت تأثيره فقط الجسم التي مليارات المرات أسهل.
كيف يعمل
على LIGO كاشف يتكون من اثنين من وحدات متطابقة التي تقام في أنحاء مختلفة من الولايات المتحدة. كل منها يتكون من اثنين من أربعة كيلومترات طويلة الأنفاق التي تشكل مثل حرف L. ينتهي من هذه الأنفاق توضع المرايا بين الذي يسافر شعاع من الليزر.
عندما الأرض يأتي إلى موجة الجاذبية ، فإنه يتسبب في المرآة إلى التأرجح. بسبب هذا, طول مسار شعاع الليزر التغييرات. هذا التغيير هو مسجل من قبل الجهاز.
تبدو الفكرة بسيطة جدا, ولكن تحقيق وطالبت من المطورين من المعجزات. إلى “الصيد” تدفق الضوضاء تعويض 10-18 متر ، تحتاج إلى حتى تأخذ بعين الاعتبار الحركة الحرارية للجزيئات المرآة (!). الآن, وقد حدد الباحثون أكثر دهاء تأثير المرتبطة قوانين ميكانيكا الكم.
غريب الكم العالم
كائنات من حجم الذرات الفردية ويخضع الكم القوانين التي هي مختلفة جدا عن قوانين العالم المألوفة. واحدة من أكثر مذهلة قوانين فيزياء الكم هايزنبرغ مبدأ عدم اليقين. ويقول إن بعض القيم (على سبيل المثال ، ��تنسيق زخم الجسيمات) لا يمكن على الاطلاق الدقيق القيم. وبعبارة أخرى ، فإن بعض الأشياء حرفيا لا يمكن قياسها بالضبط: النهي عن القوانين الفيزيائية.
في الممارسة العملية ، وهذا يعني أن أي جهاز قياس أمر لا مفر منه الكم الضوضاء. ومع ذلك ، فإنه هو صغير للغاية. بالنسبة للغالبية العظمى من الأجهزة, سواء كان ذلك في ميزان الحرارة الطبية أو بناء مربع ، الضوضاء الكم غير ذي صلة: هو أقل بكثير من الضوضاء بسبب أسباب أخرى. حتى إذا الفيزياء يريد تسجيل كانوا لم يفلح في ذلك.
إلا خفية الجهاز كما LIGO يسمح لجعل من المستحيل تقريبا: لالتقاط اهتزازات الأجسام الثقيلة ، ودعا الكم الضوضاء.
“هذه التقلبات الكمومية في شعاع الليزر يسبب [من تقلبات] من ضغط الإشعاع, الذي يعمل على الكائن ، — يقول Mackellar. — في حالة الكائن 40 جنيه المرآة ، وهو مليار مرات أثقل من الكائنات النانوية والتي الأخرى [البحث] المجموعة تم قياس هذا الكم تأثير.”
بالمناسبة النتيجة تماما يتزامن مع التنبؤات النظرية. لذلك لدينا رائعة أخرى التجريبية إقرار قوانين ميكانيكا الكم.
ملاحظة أن هذه النظرية يتم تأكيد هذا الأمر من قبل عدد كبير من التجارب المختلفة. وعلاوة على ذلك, كل المعتاد الأجهزة الإلكترونية على أساس الكم القوانين. لذلك لا أحد يشك في أن نظرية أعمال. ومع ذلك ، فإن الباحثين لا تتعب تحقق كل ذلك في طرق جديدة ، على أمل أن في مكان ما ، التنبؤ لا تزال لا تتفق مع البيانات من الخبرة, و سيكون من الممكن بناء الفيزياء الجديدة.
إدارة الحوادث
إلى اختبار ما إذا كان قياس الضوضاء الكم ، والكتاب تستخدم الجهاز الذي يسمح لك للسيطرة على الضوضاء. هذا النظام يسبب الفوتونات من شعاع الليزر في ما يسمى تقلص الدولة.
يرجى توضيح. إن مبدأ عدم اليقين هيسينبيرج يؤكد أنه من المستحيل تحقيق الدقة المطلقة إلى الأزواج من الكميات الفيزيائية. ولكن يمكنك تقليل عدم اليقين في واحد منهم عن طريق زيادة عدم اليقين في مكان آخر.
هذا ما “الكم المضيقة”. فإنه يقلل من حالة عدم اليقين في ضوء الضغط على المرآة بسبب زيادة عدم اليقين في عدد من الفوتونات. هذا التأثير قد يكون أكثر أو أقل وضوحا اعتمادا على أداة التكوين.
ملاحظة أن موقف المرايا يؤثر فقط على اليقين في الضغط الخفيف. لذا تغيير لها ، المجربون ، وتنظيم مساهمة من الضوضاء الكم إلى النزوح من المرايا.
في تجارب مختلفة ، أنشأت الباحثون “العاصرة” في 12 درجات مختلفة من الضغط. وهذا يعني أنها تقاس على النزوح من المرآة�� مع 12 قيم مختلفة من الضوضاء الكم. مقارنة نتائج القياسات ، التعرف على الكتاب مساهمة من هذا الضجيج وجدت أنه هو من أجل من 10-20 مربع ، كما تتنبأ النظرية.
بعدها
نتيجة يمكن استخدامها ليس فقط من أجل التحقق التجريبي من ميكانيكا الكم. فإنه يسمح كاشف أفضل أداء وظيفتها الرئيسية: تسجيل موجات الجاذبية.
والواقع أن النزوح من المرايا التي تسببها الضوضاء الكم فرضه على التغييرات الناتجة عن موجات الجاذبية. ولذلك هذا الضجيج يمنع الكشف ضعيفة للغاية موجات (أضعف من تلك التي كشف يلتقط تقريبا أسبوعيا).
تقليل الكم عدم اليقين في ضوء الضغط على المرآة ، “العاصرة” مما يقلل من الضوضاء الكم في LIGO. المجربون حققت انخفاض بنسبة 1.4 مرات مقارنة مع المستوى العادي. كما يقول الخبراء ، تمكنوا من 1.4 مرة تتجاوز معيار الكم الحد من دقة القياس.
هذا كاشف يمكن تسجيل الكونية نوازل في المسافات التي يتعذر الآن له. لذا البشرية سيكون لديك فرصة للتعرف على الكون الكثير.
بالمناسبة, في وقت سابق Вести.Ru تحدث عن مدى حساسية LIGO يمكن تحسينها باستخدام التشابك الكمي. كما كتب عن مراقبة خصائص الكم في تسجيل الأجسام الضخمة.
