Glavni Novice Največji predmeti se kdaj ohladijo na svojo 'kvantno mejo'

Največji predmeti se kdaj ohladijo na svojo 'kvantno mejo'

Vsako od štirih prehlajenih ogledal tehta 40 kilogramov.

Vsako od štirih prehlajenih ogledal tehta 40 kilogramov. (Zasluge za sliko: Caltech/MIT/LIGO Lab)

Fiziki, ki delajo na največjem observatoriju za gravitacijske valove na svetu, so ohladili svoje aparate na skoraj absolutno ničlo, da bi raziskali tako imenovano 'kvantno mejo' ali točko, na kateri pravila, ki urejajo subatomske delce, porušijo.

Namen tega po mnenju raziskovalcev ni proučevanje gravitacijskih valov, temveč razumevanje, zakaj večji predmeti ne sledijo pravilom kvantne mehanike, za kar nekateri fiziki menijo, da je lahko posledica motečih učinkovgravitacija-- kar lahko povzroči dekoheracijo predmetov v velikih merilih, tako da niso več kvantna pravila, temveč makroskopska.

V novi študiji so raziskovalci na Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ohladili štiri ogledala eksperimenta, od katerih je vsako tehtalo približno 90 funtov (40 kilogramov), s sobne temperature na 77 nanokelvinov (minus 459,6699998614 stopinj Fahrenheita), kar je zmanjšalo vibracije njihovih atomov tik nad najnižjo stopnjo, ki jo dovoljujejo pravila kvantna mehanika .

Sorodno: Da bi lovili gravitacijske valove, so morali znanstveniki ustvariti najtišjo točko na Zemlji

Ta dosežek je ogromen preskok v velikosti predmeta, ki ga je mogoče ohladiti do te mere. Največja stvar, ki je bila doslej popolnoma ohlajena na najnižjo možno energijsko raven - ali osnovno stanje - je majhna 150-nanometrov (6x10 ^ minus 6 palcev) široka steklena kroglica, ki tehta le nekaj delcev grama.

'Nihče ni nikoli opazil, kako gravitacija deluje na masivna kvantna stanja,' je direktor projekta Vivishek Sudhir, docent za strojništvo na MIT, je dejal v izjavi . 'Pokazali smo, kako pripraviti kilogramske predmete v kvantnih stanjih. To končno odpira vrata eksperimentalni študiji o tem, kako bi lahko gravitacija vplivala na velike kvantne objekte, o čemer so do zdaj samo sanjali.«

Fizika še vedno ne more opisati, kako deluje gravitacija na subatomskih lestvicah, zaradi česar se fiziki praskajo po glavi, ko gre za razumevanje singularnosti, ki ležijo v središčih črnih lukenj, ali zakaj je gravitacija toliko šibkejša od vseh drugih temeljnih sil. narave (elektromagnetizem, šibka sila in močna sila). Gravitacijo namesto tega opisuje samo naša najboljša teorija zelo velikih predmetov,Einsteinova splošna teorija relativnosti. Toda ker se ta teorija razbije na majhnih lestvicah, pusti znanstvenikom zlomljeno sliko o delovanju vesolja.

Če želite opazovati majhne učinke gravitacije na velikem objektu, je treba iz sistema odstraniti ves možen zunanji hrup - to je vse, kar lahko moti signal, ki ga želijo najti, tukaj je naključno prerivanje molekul - in to pomeni, da postane neverjetno hladno. Thetemperaturapredmeta in količine, ki jo vibrira, sta ena in ista stvar. Torej ohladitev česar koli na absolutno ničlo pomeni odstranitev vseh kvantnih paketov vibracij, imenovanih fononi, ki se premikajo skozi to.

Da bi odstranili te vibracije, je ekipa LIGO osvetlila zrcala z izjemno natančnimi laserji, da bi izmerila vibracije ogledal, preden je uporabila elektromagnetno polje za uporabo sile, ki nasprotuje gibanju ogledal, jih upočasni in pogasi večino drobnih vibracij v njih. Na ta način jim je uspelo zmanjšati povprečno število fononov v danem trenutku v sistemu z 10 trilijonov na 10,8.

Zdaj, ko so odstranili večino vibracij iz svojega sistema štirih ogledal, želijo fiziki preučiti kvantna stanja ogledal, da bi videli, kako veliki predmeti izgubljajo svoje kvantne lastnosti, proces, imenovan dekoherenca.

To ni prvi eksperiment, ki je preiskoval kvantne učinke v makroskopskem svetu. Maja 2021 je ekipa lahko opazovala kvantno prepletenost v paru bobnov v skoraj makro merilu, dolgih približno 10 mikrometrov, Live Science je že poročal . marca 2021 Poročala je tudi Live Science o najmanjši meritvi gravitacijske sile, kar jih je bilo kdaj, še en poskus poglabljanja v obnašanje gravitacije na kvantnih lestvicah.

Raziskovalci so svoje ugotovitve objavili 18. junija v reviji Znanost .

Zanimivi Članki