[爆卦] 科学家设计出桌面大小的量子重力观测装置

楼主: jackliao1990 (jack)   2025-02-15 11:15:59
https://journals.aps.org/prx/pdf/10.1103/PhysRevX.15.011034
量子重力的目的是结合量子力学和相对论以完成大统一理论
重力量子化代表时空不是连续的—
当仪器在10^(-35)米尺度下观测时
像素化时空尺度太小 无法观测
不过一些量子重力模型预测时空可能会波动(时空结构自发伸展和压缩)
这可能会产生可观察效应
加州理工的凯瑟琳·祖雷克提出像素子模型
预测干涉仪内部的集体波动可以引起干涉仪输出光的频率变化或调制
她提出名为量子纠缠时空中的重力(GQuEST)的桌面实验装置
干涉仪通过计算光子数量而不是测量干涉图样(人无法检测单个像素,但可以检测多个像素
的相干波动)
从干涉仪读数转换到单光子探测器
避免了很多量子不确定性限制
预计检测效率比传统干涉仪高100倍
(LIGO由于射频噪声,功率不断波动,因此很难解析出预期来自像素子模型的小幅波动)
https://imgur.com/undefined
GQuEST设计类似的迈克逊干涉仪
雷射束(红色)照射到光束分裂器并分为两条路径 路径末端有镜子
这些光线中的一些将与量子重力波动相互作用
在输出光(粉红色)中产生调制信号
GQuEST团队计划使用镜面腔体过滤光线并计数以偏频率(蓝色)出来的光子数量而不是在
干涉图样中搜寻这种调制
加州理工目前正在建造此装置的第一版
为了寻找量子重力信号
团队目前正在开发光子计数干涉仪
想法是测量干涉仪输出的侧带频率—频率与200THz雷射频率偏移17MHz幅的调制
雷射光子可能会通过与像素子波动相互作用而显著改变其频率
团队选择这个侧带频率是为了与预期的像素子波动峰值对齐
为了确保检测到的光是来自像素子效应
他们将用光学腔体过滤掉所有附近的频率
光泄漏的量预计会极其微小(估计每12分钟有一个调制光子或以10^(-3)Hz的速度发生)
为此团队将安装超导纳米线探测器
该探测器可以检测单个光子且具有非常小的错误信号率
加州理工目前在建造一个1米规模的演示实验
如果顺利
他们会再建造边长为7米的全规模实验
他们还计划在两个干涉仪之间改建以检查背景噪声

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