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美提出"桌面量子云"概念 或助寻隐匿时空引力波

http://www.kexue.com 2014-03-19 10:23:36 凤凰科技  发表评论


神秘的引力波

  量子振动或可能改变我们看待宇宙的方式。用于检测超级寒冷气体里类似声音的振动的设备或将证实爱因斯坦广义相对论里最后一个未被测试的预测。根据爱因斯坦的理论,宇宙里的暴力事件,例如两个黑洞合并,应该会引起时空织布产生涟漪,这类似于将石头扔进池塘里水面会激起涟漪。天文学家迫切的想要找到这些引力波,因为这将为他们提供研究宇宙的新方法。但是这些引力波到达地球时已经非常微弱,目前尚未有人直接检测到它们。

  目前主要的探测方式是利用大型探测器,例如激光干涉引力波观测站(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, 简称LIGO)。目前在美国有两个LIGO站,激光在两个均4米长互相垂直的隧道或者称双臂里的镜子之间反弹。路经的引力波将略微的改变其中一个隧道的长度,从而在激光里产生可探测到的信号。

  2002年至2010年间进行的初步LIGO探测一无所获,现在探测实验升级,改善了敏感性并消除了噪音。LIGO的科学家们甚至在寻找第三个合适的地点安装另一对巨型隧道。拥有三个LIGO将使得他们能够精确的确定引力波的来源。其它现存的探测器和寻找引力波的项目都需要长达几千米的隧道。

  或者我们可以利用具有超级冷却原子云的桌面设备实现同一目标,有英国诺丁汉大学的卡洛斯·萨宾(Carlos Sabin)带领的研究小组这样表示。萨宾的研究小组显示,从理论上来说,引力波应该会在玻色-爱因斯坦凝聚态里产生可见的振动,玻色-爱因斯坦凝聚态是指冷却到接近绝对零度的原子集。在这个温度下,原子的特性类似一个量子物体,波动会产生具有振动能量的“粒子”,这种粒子被称为声子。

  玻色-爱因斯坦凝聚态位于由激光组成的陷阱所限制的地方。之前的实验表明改变激光陷阱的某些特性,例如大小,可以在凝聚态里产生额外的声子。萨宾和他的同事认为引力波应该也具有相同的影响。“在这种情况下,发生改变的是时空,但它会产生相似的效应,也即产生声子。”萨宾说道。研究小组计算出利用玻色-爱因斯坦凝聚态的探测器对引力波的敏感程度将比LIGO高四个等级。

  “我为他们的知识和胆量鼓掌。”法国帕莱索光学研究所查尔斯法布里实验室的克里斯托夫·韦斯特布鲁克(Christoph Westbrook)这样说道,他主要研究的是玻色-爱因斯坦凝聚态。建造这样的探测器意义重大。“你将面临很多问题,比如你将如何提高信号和减少不可避免的噪声——即使是理解这些噪声源都是一项艰巨的任务。” 韦斯特布鲁克说道。“当然,没有人说检测引力波是件容易的事。”

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