量子技术将使引力波探测仪小型化

仙仙

伦敦大学学院（UCL）领导的一项新研究表明，可以用微小的钻石晶体制作一种非常灵敏的小型重力探测器，用它能够测量出引力波。这种基于量子技术的探测仪，可以探测到中频引力波。此研究成果发表在7月1日出版的《新物理杂志》上。


引力波是由大质量物体的某些运动在时空中产生的涟漪，研究引力波可以让我们探测到宇宙中发生的某些事件，这些事件往往只留下极少可见光，或完全没有可见光，如黑洞碰撞。2015年，激光干涉引力波天文台（LIGO）和处女座合作项目的科学家通过4公里长的光学干涉仪，首次直接观测到13亿年前两个特大质量黑洞碰撞时发出的引力波，该事件曾导致地球时空的波动。


为使引力波探测仪更加精准，方便使用，来自UCL、格罗宁根大学和华威大学的研究人员试图利用最先进的量子技术和实验技术，建造一个能够同时测量和比较两个地点重力强度的探测器。具体方法是使用10-14克的纳米级钻石晶体，利用斯特恩—格拉赫干涉术，将晶体置于量子空间叠加中。空间叠加是一种量子态，晶体同时存在于两个不同的位置。量子力学表明，一个物体无论多大，都可以同时在两个不同的地方离域。


研究人员认为，使用叠加原理的量子引力传感器已经存在。这些传感器可用于测量牛顿引力，并制造出极其精确的测量设备。“我们发现，与LIGO相比，我们的探测器可以探测不同频率范围的引力波。这些频率可能只有在太空中建造大型探测器，基线大小为数十万公里时才能得到。”


研究人员表示，制造这种探测器已经没有任何技术障碍，世界许多实验室均具有制造这种探测器的技术要素：所需要的力、真空质量及晶体叠加方法等。困难在于如何将它们组合在一起，并确保重叠的部分完好无损。该团队计划与实验人员合作，制作出该设备的原型。