大质量,小运动

研究人员将40公斤的物体冷却至靠近其量子的地面状态

LIGO引力波探测器的镜子变冷了——非常冷。

一位穿着防护装备的研究人员正在检查一面不可思议的未来主义镜子。
扩大 /40公斤镜中的一个接近其量子基地。
马特Heintze /加州理工学院/麻省理工学院/ LIGO实验室

遵守量子力学规则的对象与我们周围熟悉的世界的行为相同。那个差异导致一个明显的问题:是否有可能获得日常项目开始表现出像量子对象?

但是观察量子行为需要限制物体与其环境的相互作用,随着物体变大,这变得越来越困难。尽管如此,在增加我们可以放置在量子态的物体的尺寸方面已经取得了进展小振子甚至沙粒被显著的例子。

到目前为止,研究人员很大程度上通过缩放相对容易使用的系统来实现这一挑战。但在今天的科学问题中,研究人员报告说他们已经接近将一个大物体放入量子地面-一种非常大的物体:引力波天文台LIGO的重达40千克的镜子。

在秋千上

镜子是LIGO的核心功能。它们被放置在长隧道的两端,让激光沿着隧道来回反射多次。这使得光传播的距离更大,因此更有可能受到通过引力波的可测量影响。

镜子中的任何噪声都会导致探测器功能的问题,因此他们已以各种方式稳定。首先,它们沉重,称重40公斤(88.2磅)。它们也悬挂在刚性电缆上,使镜子变成类似于摆锤的东西。最后,阻尼系统读取镜子的位置并施加力以使其保持在其预期的位置。

这个阻尼系统是当前实验的关键。这个装置包括一些金电极,可以使镜子本身偏振。这允许控制电压传递一个力到镜子。对反射镜的位置和运动进行测量,并计算补偿力,然后产生适当的信号,通过电子系统施加该力。

该系统具有必要的延迟,因为控制循环中涉及的计算不是瞬间执行的。并且,由于系统充当摆锤,所以施加到它的任何力可以用于减慢其电流摆动或加速它以在不同的频率上摆动。

冷却反馈

幸运的是,这里涉及的延迟旨在抑制系统,而不是改变其频率。(这对于摆动摆动的单个模式或频率范围来说,这在技术上是真的。)随着时间的推移,随着时间的推移,随着系统的不断调整,效果是在系统上流出能量,有效地冷却它。在一段时间内,研究人员估计其有效温度仅为77纳米 - 开尔文,或者非常接近绝对零。

研究人员还用声子(振动的量子单位)来解释这一点。在这个过程的最后,40公斤重的镜子里可能有11个声子。那不是量子基态,那将涉及清空系统的声子。但它已经很接近了,可能已经可以用于研究大型物体的量子现象;如果不是这样,也不需要太大的改进。

作者们看到的最令人兴奋的前景是,钟摆的运动也依赖于引力效应,这是我们无法与量子力学协调的。他们认为,这项新工作“暗示了研究大质量量子系统的引力退相干的诱人前景。”而且,与一粒沙子相比,40公斤的沙子肯定算是巨大的了。

科学,2021。DOI:10.1126 / science.abh2634关于Dois.)。

103读者评论

  1. 该死,我的量子镜变成了大象又在地板上晃来晃去了。
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  2. 太酷了!
    11563帖子|挂号的
  3. 那么我们可以测量CMB的引力等同物有多远?
    31帖子|挂号的
  4. 也许他们可以用激光进一步冷却它。

    最后编辑Ironlenny2021年6月17日周四下午1:34

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  5. LIGO太神奇了。我们要让一些近乎完美的光学系统保持不变,以质子宽度的几分之一来测量路径长度的变化,这是由1000光年之外的黑洞合并而成的。

    最后编辑2021年6月17日周四下午1:37

    2968个帖子|注册
  6. 因此,当你冷却镜子(或任何东西)靠近绝对零的镜子(或任何东西),其速度和所有组成原子的速度变得更加越来越靠近零。因此,我们以更高且更高的精度了解其速度。如果不确定的原则,它的位置不应该变得越来越少,我们真的不知道镜子是否在房间里,但只是在县的某个地方?
    |注册了34292个帖子
  7. “遵守量子力学规则的物体的行为与我们周围熟悉的世界非常不同。”

    我敢说一切遵循量子力学规则,没有?也许量子效应主导地位的条件可能是短语的更好方法?
    21711个帖子|注册
  8. 它也正在积极冷却吗?来自环境的热量怎么样?
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  9. 11个声子,这是否意味着在真正的零原子振动之前只有11个颗粒级的振动?

    在一个大的物体中,含有超过10 ^ 25个原子的原子?

    哇。温度刻度盘太低了!
    1641帖子|挂号的
  10. mdrejhon写道:
    11个声子,这是否意味着在真正的零原子振动之前只有11个颗粒级的振动?

    在一个大的物体中,含有超过10 ^ 25个原子的原子?

    哇。温度刻度盘太低了!

    不,这意味着有11种模式可用,但它并不一定意味着每种模式处于最低可能状态。在不知道该装置中有多少振动模式,可能是具有相等或更低的内部能量的数以千计的能量状态。
    21711个帖子|注册
  11. 我知道每个人都知道,但在摄氏度中键入它有助于我实现与绝对零的近距离,它们是:上方只有0.000000077ºC。
    29帖子|挂号的
  12. 这种"我的啤酒比你的啤酒冷"的说法太离谱了。
    19596年帖子|挂号的
  13. 科学论文的预印刷: https://arxiv.org/abs/2102.12665
    |注册了12个帖子
  14. 六个焦点写道:
    因此,当你冷却镜子(或任何东西)靠近绝对零的镜子(或任何东西),其速度和所有组成原子的速度变得更加越来越靠近零。因此,我们以更高且更高的精度了解其速度。如果不确定的原则,它的位置不应该变得越来越少,我们真的不知道镜子是否在房间里,但只是在县的某个地方?


    这是我在一次本科考试中遇到的问题。把西瓜冷冻到大约0k,然后它的核会以相当大的c值射穿你的头骨。

    但由于位置和速度的不确定性乘以订单10 ^ -34的某些东西,然后将其保持在1米半径的体积内应该意味着您可以转到10 ^ -34 m / s,否?

    我想知道如何在坚实的方面解释这一点。我的课程只处理了最新的南视镜。无论如何,我忘记了大部分

    最后编辑markr_2021年6月17日周四下午2:15

    1049帖子|挂号的
  15. 我很乐意看到一下他们如何获得那种变冷的东西。
    2067帖子|挂号的
  16. 我知道每个人都知道,但在摄氏度中键入它有助于我实现与绝对零的近距离,它们是:上方只有0.000000077ºC。


    这和开尔文是一样的。
    9个帖子|挂号的
  17. BitPoet写道:
    这种"我的啤酒比你的啤酒冷"的说法太离谱了。


    当山脉发出伽马射线时,就像落基山脉一样寒冷。
    |注册了436个帖子
  18. 如果它被电缆悬挂,如何通过从那些电缆的振动传递热量?我认为只有在真空(磁性或其他)悬挂的群众可能会感冒。
    |注册了933个帖子
  19. 它是10kg质量运动中心的振动温度。质量不冷。
    18个帖子|注册
  20. 这有点令人难以置信。他们能够通过电磁物理衰减物体的固有振动来提取热能?这在技术上仍然符合通过传导的热传递吗?

    这也让我想起麦克斯韦的恶魔
    |注册了130个帖子
  21. 有时候,在一天劳累的体力工作之后,我瘫倒在沙发上,我可以保证我达到了量子基态。至少我妻子是这么说的。
    65帖子|挂号的
  22. billmao写道:
    这有点令人难以置信。他们能够通过电磁物理衰减物体的固有振动来提取热能?这在技术上仍然符合通过传导的热传递吗?

    这也让我想起麦克斯韦的恶魔

    类似的事情。我们真的不知道。
    即使是叫醒的人也有一段时间,试图处理2个绑定的粒子。
    如果我掉进了一个黑色的整体,而其他人没有……
    2860个帖子|注册
  23. SJTOD.写道:
    我知道每个人都知道,但在摄氏度中键入它有助于我实现与绝对零的近距离,它们是:上方只有0.000000077ºC。


    这和开尔文是一样的。


    真实,真实。我只是说不使用单位(纳米)并在日常单位中表达,显示零点帮助可视化与0的接近0。
    29帖子|挂号的
  24. odikweos.写道:
    如果它被电缆悬挂,如何通过从那些电缆的振动传递热量?我认为只有在真空(磁性或其他)悬挂的群众可能会感冒。

    它实际上是很好的解释(虽然没有详细)它如何在文章中为“摇摆中”字样的作品。它们就像一个摆锤一样“摇摆”,通过这样做,已经制定了抑制振动并将其摆动以调整频率变化的方法。

    引用:
    幸运的是,这里涉及的延迟旨在抑制系统,而不是改变其频率。(这对于摆动摆动的单个模式或频率范围来说,这在技术上是真的。)随着时间的推移,随着时间的推移,随着系统的不断调整,效果是在系统上流出能量,有效地冷却它。在一段时间内,研究人员估计其有效温度仅为77纳米 - 开尔文,或者非常接近绝对零。


    通过这样做,它们会抑制振动,从而能够实现比以前更多的冷却。

    这里真的很酷(没有双关语)科学。
    14743帖子|挂号的
  25. >是否有可能获得日常项目开始表现类似于Quantum对象?
    是的,没有
    189个帖子|挂号的
  26. 现在如果他们能想出办法让政客冷静下来……
    475个帖子|注册
  27. markr_写道:
    但由于位置和速度的不确定性乘以订单10 ^ -34的某些东西,然后将其保持在1米半径的体积内应该意味着您可以转到10 ^ -34 m / s,否?

    假设你有一个1kg的物体,是的。

    对于一个40千克的物体,你会看到更接近10^-36米/秒。
    2699帖子|挂号的
  28. 六个焦点写道:
    因此,当你冷却镜子(或任何东西)靠近绝对零的镜子(或任何东西),其速度和所有组成原子的速度变得更加越来越靠近零。因此,我们以更高且更高的精度了解其速度。如果不确定的原则,它的位置不应该变得越来越少,我们真的不知道镜子是否在房间里,但只是在县的某个地方?


    温度和速度是单独的。您可以将分子达到基地。这对它的位置或速度毫无意义。

    在这里,他们希望尽量减少热效应,因为它们在测量中产生噪声它们在激光束路径长度上进行的测量。
    |注册帖子179篇
  29. 镜子,镜子,地下,
    你是我身边最酷的人。
    在Ligo的地下室在哪里
    他们很酷,让你温暖空气!

    十一声子
    比冬天的咬人还要冷
    Haiku没有制作

    尽管如此,“冷==仍然”的概念让我在尝试考虑参考框架时有点令人难以置信,更不用说来自对象的激光器的肯定恒定的能量输入。这肯定会阻止任何“坚实”变成真正的量子状态,因为可能性的波形不是反射的afaik。谁肯定,雪莉?
    255帖子|挂号的
  30. billmao写道:
    这有点令人难以置信。他们能够通过电磁物理衰减物体的固有振动来提取热能?这在技术上仍然符合通过传导的热传递吗?

    这也让我想起麦克斯韦的恶魔

    免责声明:我不是物理学家,只是一个只上过一门统计力学课程的工程师,他有业余爱好者水平的兴趣,阅读关于Ars量子力学研究的文章,看PBS的时空视频。这样我就能成为邓宁-克鲁格了。

    根据上面的预印,40公斤重的镜子并没有真正冷却到77毫开尔文,而是差的位置在四个Ligo反射镜中混合为相当于质量为10kg的机械振荡器,并且它是使用控制电路稳定的该等效振荡器。放置在等效振荡器上的极端约束是将声子的降低到10.8(使用越过我的头部的推理和方程计算),并且这种低水平的声子相当于77纳莫尔维斯的温度。换句话说,如果你泼在它们上,镜子就会感觉到的感觉不冷,但他们的运动是如此高度相关的它们正在接近彼此的量子纠缠点。
    647个帖子|注册
  31. 引力脱散? ?我不知道这是什么意思。
    |注册了215个帖子
  32. nardella.写道:
    你是美国网站,你应该使用美国的温度刻度,华氏温度。


    美国联邦法律规定了所有美国常规单位,根据SI单位转换。如此深,美国真的是心脏的公民。
    127个帖子|注册
  33. Justageezer.写道:
    尽管如此,“冷==仍然”的概念让我在尝试考虑参考框架时有点令人难以置信,更不用说来自对象的激光器的肯定恒定的能量输入。这肯定会阻止任何“坚实”变成真正的量子状态,因为可能性的波形不是反射的afaik。谁肯定,雪莉?

    将其想象为从镜子的光子的拉曼散射。
    您对反射光子的能量增益(或损失)有两个不确定度:镜子的初始和最终振动状态。

    你永远无法控制散射后的振动状态是什么,但是你可以减少初始状态的不确定性通过冷却它,这减少了状态差的整体不确定性。

    此外,通过让镜子像摆动一样挥杆,你将其反冲从平移运动转向振动运动 - 由于这发生在低或更少的固定频率,因此很容易删除由弹跳输送的那部分能量光子。(它的频率比镜子本身的振动频率要低,所以任何能量的热分布都会使更多的声子进入这种模式。)

    它非常聪明,提醒我有点如何使用多普勒效应来调制Mossbauer光谱中的源光束频率。(根据“嗯,现在这是显而易见的,但它在五分钟前是不可想象的。“)

    最后编辑移相在Thu Jun 17,2021 4:05 PM

    2699帖子|挂号的
  34. billmao写道:
    这有点令人难以置信。他们能够通过电磁物理衰减物体的固有振动来提取热能?这在技术上仍然符合通过传导的热传递吗?

    这也让我想起麦克斯韦的恶魔

    免责声明:我不是物理学家,只是一个只上过一门统计力学课程的工程师,他有业余爱好者水平的兴趣,阅读关于Ars量子力学研究的文章,看PBS的时空视频。这样我就能成为邓宁-克鲁格了。

    根据上面的预印,40公斤重的镜子并没有真正冷却到77毫开尔文,而是差的位置在四个Ligo反射镜中混合为相当于质量为10kg的机械振荡器,并且它是使用控制电路稳定的该等效振荡器。放置在等效振荡器上的极端约束是将声子的降低到10.8(使用越过我的头部的推理和方程计算),并且这种低水平的声子相当于77纳莫尔维斯的温度。换句话说,如果你泼在它们上,镜子就会感觉到的感觉不冷,但他们的运动是如此高度相关的它们正在接近彼此的量子纠缠点。


    “Bang Bang Maxwell的热量恶魔在他们的头上下来,
    BANG BANG MAXWELL的热锤确保了热量死了。“

    :-)
    155帖子|挂号的
  35. LDA 6502写道:
    nardella.写道:
    你是美国网站,你应该使用美国的温度刻度,华氏温度。


    美国联邦法律规定了所有美国常规单位,根据SI单位转换。如此深,美国真的是心脏的公民。


    使用Deacte rankine,你是Neanderthals。...
    155帖子|挂号的
  36. 我很好奇他们为什么停在那里。他们花在实验上的时间不够了吗?输入系统以保持低温度和低振动的能量?等。作为一个量子物理学的外行人,我想知道为什么他们不只是“做更多”他们正在做的事情来让它更冷/更少振动。
    707帖子|注册
  37. billmao写道:
    这有点令人难以置信。他们能够通过电磁物理衰减物体的固有振动来提取热能?这在技术上仍然符合通过传导的热传递吗?

    这也让我想起麦克斯韦的恶魔

    免责声明:我不是物理学家,只是一个只上过一门统计力学课程的工程师,他有业余爱好者水平的兴趣,阅读关于Ars量子力学研究的文章,看PBS的时空视频。这样我就能成为邓宁-克鲁格了。

    根据上面的预印,40公斤重的镜子并没有真正冷却到77毫开尔文,而是差的位置在四个Ligo反射镜中混合为相当于质量为10kg的机械振荡器,并且它是使用控制电路稳定的该等效振荡器。放置在等效振荡器上的极端约束是将声子的降低到10.8(使用越过我的头部的推理和方程计算),并且这种低水平的声子相当于77纳莫尔维斯的温度。换句话说,如果你泼在它们上,镜子就会感觉到的感觉不冷,但他们的运动是如此高度相关的它们正在接近彼此的量子纠缠点。


    谢谢!当我陷入术语“有效温度”时,我怀疑我在这里缺少了真正的核心。那些Boffins很少在Willy Nilly的术语:-)
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