物理学家们安静了量子低语，以提高引力波探测器的灵敏度

时间：2021-10-12 19:52:12 来源：

通过使量子低语细微平静，我们现在可以聆听宇宙交响曲中更微妙的音符。

引力波探测器通过测量由黑洞和中子星碰撞产生的时空波动，为宇宙打开了一个新的窗口，但它们最终受到反射镜反射光引起的量子波动的限制。路易斯安那州立大学博士NIST博士后研究员Jonathan Cripe和他的LSU研究人员团队已经与加州理工学院和Thorlabs的科学家进行了一项新的实验，以探索一种消除这种量子反作用并提高探测器灵敏度的方法。

在《 Physical Review X》上的一篇新论文中，研究人员提出了一种使用人发大小的镜子在简化系统中消除量子反作用的方法，并表明镜子的运动与理论预测相符。该研究得到了美国国家科学基金会的支持。

路易斯安那州立大学博士物理学界的校友乔纳森·克里普（Jonathan Cripe）与加州理工学院和Thorlabs的科学家进行了一项新实验，以探索一种提高重力波探测器灵敏度的方法。

尽管使用了40公斤的反射镜来检测通过的重力波，但是当反射光时，光的量子涨落会干扰反射镜的位置。随着引力波探测器的灵敏度不断提高，并逐步升级，这种量子反作用将成为探测器灵敏度的根本限制，从而阻碍了它们从引力波中提取天体信息的能力。

路易斯安那州立大学副教授Thomas Corbitt。

“我们提供了一个用于研究和消除量子反作用的实验性试验台，”克里普说。“我们对宏观物体的位置进行了两次测量，该物体的运动主要受量子反作用的影响，并且表明通过对测量方案进行简单的更改，我们就可以从位移测量中消除量子效应。通过利用光场的相位和强度之间的相关性，消除了量子反作用。”

路易斯安那州立大学研究生Torrey Cullen。

ThorlabsCrystalline Solutions的技术经理Garrett Cole（Crystalline Mirror Solutions于去年被Thorlabs Inc.收购），他的团队从由交替的GaAs和AlGaAs组成的外延多层中构建了微机械镜。外部铸造厂，北卡罗莱纳州的IQE，使晶体结构生长，而科尔和他的团队（包括工艺工程师Paula Heu和David Follman）则在加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的纳米制造工厂制造了这种设备。 LSU博士说：“无论是在室温下还是在人耳可以听到的频率下，我们的肉眼都能看到量子力学的微妙效果，这更接近于人类的体验领域。”候选人托里·库伦说。通过消除量子的耳语，我们现在可以聆听宇宙交响曲中更为微妙的音符。

路易斯安那州立大学副教授托马斯·科比特（Thomas Corbitt）表示：“这项研究特别及时，因为激光干涉仪重力波天文台（LIGO）上个月刚刚在《自然》杂志上宣布他们已经在LIGO利文斯顿天文台看到了量子辐射压力噪声的影响。”物理与天文学系说。

麻省理工学院院长Nergis Mavalvala以及博士后学者Haocun Yu和研究科学家Lee McCuller均在该论文的背后做出了“光与LIGO的千克质量镜之间的量子相关性”的研究。麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所。

Mavalvala说：“在先进的LIGO中，辐射压噪声已经从噪声本底中消失了，不久以后，它将成为GW检测器中的限制噪声源。”“只有减少我们的观测，才有可能进行更深入的天体观测，而路易斯安那州立大学Corbitt小组的这项出色成果证明了做到这一点的技术。”

参考：Jonathan Cripe，Torrey Cullen，Yanbei Chen，Paula Heu，David Follman，Garrett D.Cole和Thomas Corbitt的“音频频带中的量子反向抵消”，2020年9月23日，实物评论X.DOI：
10.1103 / PhysRevX.10.031065

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