A fizikusok kvantumzajt észleltek a LIGO laboratóriumban - mit kell tudni?

A LIGO projekt kutatói bebizonyítottákhogy a műszerek ultra finomhangolása lehetővé teszi számukra, hogy átjuttassák a fizika alapvető törvényeinek határait. A lézeres interferometrikus gravitációs hullámmegfigyelő központ (LIGO) észleli a gravitációs hullámokat, amelyek az univerzum katasztrófájának következményei, például a neutroncsillagok és a fekete lyukak összeolvadása miatt. Ezek a tér-idő ingadozások lehetővé teszik a tudósok számára, hogy megfigyeljék a gravitációs hatásokat extrém körülmények között, és felfedezzék az univerzummal és annak történetével kapcsolatos alapvető kérdéseket. A közelmúltban a tudósok egy hatalmas tárgy - detektor tükör - mozgását kvantumhatások hatására regisztrálták. De mit jelent ez?

A LIGO VIRGO laboratóriumai felfedezték a gravitációs hullámokat

Mi a kvantumzaj?

A fizikusok nemrégiben képesek voltak mérni a hatalmas eltolódástlegfeljebb negyven kilogramm súlyú LIGO detektor tükrök. Emlékezzünk arra, hogy a LIGO nemzetközi kutatócsoport mintegy 40 kutatóintézetet foglal magában, és több mint 600 tudós dolgozik a detektorból és más megfigyelőhelyekből származó adatok elemzésén. A LIGO fő feladata a kozmikus eredetű gravitációs hullámok felderítése és regisztrálása, amelyeket Albert Einstein először jósolt meg a relativitáselméletben (GR) 1916-ban.

A Nature folyóiratban közzétett tanulmány kimutatta, hogy a 40 kilogrammos LIGO tükrök mozgathatók az úgynevezett apró kvantumhatások hatására kvantumzaj. A fizikában a kvantumzaj utala fizikai mennyiség bizonytalansága, amely annak kvantum eredetéből adódik. Általában véve a kvantumzaj az egyik alapvető kvantumtörvény: a Heisenbergi bizonytalanság elve, amely szerint egyes fizikai mennyiségeknek nem lehetnek egyidejűleg teljesen pontos értékei.

A LIGO műszerek és eszközök jövőbeli fejlesztése felfedi a világegyetem sok titkát

Olvassa el még érdekesebb cikkeket arról, hogy miként működik a körülöttünk lévő világegyetem a csatornánkon a Yandex.Zen oldalán. Az előfizetéssel olyan cikkeket olvashat, amelyek nem találhatók a webhelyen.

Egyszerűen fogalmazva, néhány mennyiséglehetetlen mérni, mivel a fizikai törvények ezt nem teszik lehetővé. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy bármilyen mérőeszköz adataiban olyan kvantumzaj van, amely olyan kicsi, hogy elveszíti egy erősebb zajt, és még mindig nem szüntethető meg. A fizikusok azonban meg tudták mérni a LIGO detektor 40 kilogrammos tükörének apró eltolódását. Hogy jobban megértsük, mi történik, képzeljük el, hogy a rögzített eltolás többszöröse a hidrogénatomnak. De miért fontos ez a rögzített "kvantumrázkódás" a modern tudomány számára?

Hogyan működik a LIGO?

Mivel a Heisenberg bizonytalanság elvekijelenti, hogy lehetetlen mérni egy pár fizikai mennyiséget abszolút pontossággal, mindazonáltal a bizonytalanság csökkenthető egyikükben, míg a másikban növekszik. Pontosan ezt tették a fizikusok a vizsgálat során - csökkentették a kvantumzajt és megvizsgálták, hogy az összes forrás összes zaja megváltozott-e, és ha igen, hogyan. Ehhez egy speciális eszközt használtak, amellyel meg tudták mérni a kvantumzaj hozzájárulását a LIGO tükrök elmozdulásához.

Ez érdekes: Öt tény, amit megtudhatunk, ha a LIGO észleli a neutroncsillagok egyesülését

Emlékezzünk arra, hogy a LIGO detektorok magjában kilométer méretű lézer-interferométereket tartalmaznak, amelyek mérje meg a 40 kg-os függő tükrök közötti távolságot a lehető legnagyobb pontossággal. A LIGO példátlan érzékenységi szintjét a legmodernebb technológiával érik el, amely szükséges az érzékelők vibrációjának és termikus zajának elfojtásához. A kvantumechanika éppen ezen érzékenységi szinteken játszik szerepet: a kutatók a tükrök fénynyomását és a lézernyalábban lévõ fotonok számát használják. Itt fontos a tükrök elhelyezése, mivel csak a két mennyiség közül az első befolyásolja őket.

A LIGO projektet 1992-ben Kip Thorne, Ronald Drever, a kaliforniai Technológiai Intézet és Rainer Weiss javasolta a Massachusetts Technológiai Intézetből.

Fontos megérteni, hogy a kvantummechanika törvényei a modern technológiák középpontjában állnak, beleértve a számítógépeket, okostelefonokat és bármilyen elektromos eszközt. Tudjuk, hogy a kvantum törvények működnek.

Így a kutatók ezt bizonyították A LIGO kvantumzaja a fénynyomás bizonytalansága. A fentiek mindegyike azt jelenti, hogy a LIGO teszthelyén a fizikusok képesek voltak az úgynevezett alatt lenni standard kvantumhatár - a határérték, ha a mérések során csak természetes kvantumállapotokat használnak.

A kísérletben nem klasszikusat alkalmaztak"Sűrített fény", amely csökkenti a lézertér kvantumingadozásait. Néhány évvel ezelőtt ez a fajta kvantum viselkedés túl gyenge lett volna megfigyelni. De az új mérési módszerek a fizika horizontját terelik, és a jövőbeni fejlesztések és a műszerfrissítések fokozott érzékenységet eredményeznek a meglévő műszerek iránt. Ez azt jelenti, hogy a jövőben képesek leszünk olyan gravitációs hullámtechnológiák létrehozására, amelyek lehetővé teszik a téridőbe történő részletesebb behatolást és feltárják az Univerzum szédítő titkait. Tehát lenyűgöző tudományos felfedezések sora vár ránk.