[爆卦] 物理學家提出引力子探測法

作者: 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經能用量子力學描述:電磁力靠光子傳遞、W和Z玻色子傳遞弱
力、膠子傳遞強力。因此要靠量子力學建立大一統理論就得找到傳遞引力的引力子。
斯德哥爾摩大學的Igor Pikovski和碩ㄧ生 Germain Tobar、Thomas Beitel 及博士後Sreen
ath Manikandan 發表「利用量子感測檢測單一引力子」在《自然》上。
他們的方法涉及聲諧振器(重型圓柱體)並將其與改進的能態檢測方法(量子感測)相結合

“我們的解決方案類似於引導愛因斯坦提出光量子理論的光電效應,只是用重力波取代了電
磁波。關鍵在於能量在材料和波之間僅以離散的方式交換。
我們需要冷卻材料,然後監測能量如何在一步中變化,這可以透過量子感測來實現。透過觀
察材料中的這些量子躍遷,我們可以推斷出引力子被吸收了-我們稱之為‘引力聲子效應’

LIGO 天文台非常擅長探測重力波,但它們無法捕捉到單個引力子。我們可以利用他們的數
據與我們提出的探測器進行交叉關聯,以隔離單個引力子。”
“事實證明,這種測量是可以完成的,例如通過類似韋伯桿的設備。”
韋伯棒是又厚又重(重達一噸)的圓柱形棒,以其發明者-新澤西人約瑟夫·韋伯命名。隨
著光學探測技術提升,這些棒最近已被廢棄,但它們實際上非常適合引力子搜尋。這是因為
它們可以吸收和發射引力子—類似愛因斯坦的「受激發射和吸收」,光子是光的最小組成部
分。
新設計的量子探測器將被冷卻到最低能量,然後會因重力波的通過而產生非常輕微的振動。
理論上超靈敏能量感測器可以捕捉這些振動如何以離散步驟變化。每個離散的變化(也稱為
量子躍遷)將指示單一引力子事件。
“最近在材料中觀察到了量子躍遷,但尚未達到需要的質量。但技術進步非常快,我們對於
如何讓它變得更容易有更多想法。我們確信這個實驗會成功,既然我們知道引力子是可以被
探測到的,這就增加了進一步開發量子感測技術的動力。如果運氣好的話,很快就能夠捕獲
單個引力子。我們知道量子重力仍然沒有解決,而且很難充分測試它,但我們現在可以踏出
第一步,就像一百多年前科學家對光量子所做的那樣。 ‘’

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