[爆卦] 物理学家提出引力子探测法

楼主: jackliao1990 (jack)   2024-08-28 09:28:05
https://www.nature.com/articles/s41467-024-51420-8
宇宙四大基本力除了重力都已经能用量子力学描述:电磁力靠光子传递、W和Z玻色子传递弱
力、胶子传递强力。因此要靠量子力学建立大一统理论就得找到传递引力的引力子。
斯德哥尔摩大学的Igor Pikovski和硕ㄧ生 Germain Tobar、Thomas Beitel 及博士后Sreen
ath Manikandan 发表“利用量子传感检测单一引力子”在《自然》上。
他们的方法涉及声谐振器(重型圆柱体)并将其与改进的能态检测方法(量子传感)相结合

“我们的解决方案类似于引导爱因斯坦提出光量子理论的光电效应,只是用重力波取代了电
磁波。关键在于能量在材料和波之间仅以离散的方式交换。
我们需要冷却材料,然后监测能量如何在一步中变化,这可以透过量子传感来实现。透过观
察材料中的这些量子跃迁,我们可以推断出引力子被吸收了-我们称之为‘引力声子效应’

LIGO 天文台非常擅长探测重力波,但它们无法捕捉到单个引力子。我们可以利用他们的数
据与我们提出的探测器进行交叉关联,以隔离单个引力子。”
“事实证明,这种测量是可以完成的,例如通过类似韦伯杆的设备。”
韦伯棒是又厚又重(重达一吨)的圆柱形棒,以其发明者-新泽西人约瑟夫·韦伯命名。随
著光学探测技术提升,这些棒最近已被废弃,但它们实际上非常适合引力子搜寻。这是因为
它们可以吸收和发射引力子—类似爱因斯坦的“受激发射和吸收”,光子是光的最小组成部
分。
新设计的量子探测器将被冷却到最低能量,然后会因重力波的通过而产生非常轻微的振动。
理论上超灵敏能量传感器可以捕捉这些振动如何以离散步骤变化。每个离散的变化(也称为
量子跃迁)将指示单一引力子事件。
“最近在材料中观察到了量子跃迁,但尚未达到需要的质量。但技术进步非常快,我们对于
如何让它变得更容易有更多想法。我们确信这个实验会成功,既然我们知道引力子是可以被
探测到的,这就增加了进一步开发量子传感技术的动力。如果运气好的话,很快就能够捕获
单个引力子。我们知道量子重力仍然没有解决,而且很难充分测试它,但我们现在可以踏出
第一步,就像一百多年前科学家对光量子所做的那样。 ‘’

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