物理学家首次将人类规模的物体带入一个几乎量子化的静止状态

编译：耿耿

图片来源：DANNY SELLERS/CALTECH/MIT/LIGO LAB

当一个量子系统处于其可能的最低能量时，我们可以说它处于基态。这种状态现在几乎已经在一个人类规模的物体上实现了，这是迄今为止最大的一次。物理学家已经将由LIGO引力波观测站中的镜子形成的10公斤（22磅）的光机械振荡器冷却到这样的程度，它接近于处于其运动的量子基态。

正如《科学》杂志所报道的那样，该振荡器的质量比之前的记录保持者要大10万亿倍，是准备接近其运动基态的最重物体。这一突破无疑将是大幅提高LIGO的灵敏度，并更详细地探测引力波的一种方式。但它可能有另一个重要的应用；它可能提供研究大规模量子现象的方法。

"从来没有人观察到重力是如何作用于大规模量子态的，"项目主管、麻省理工学院机械工程助理教授维维什克-苏迪尔在一份声明中说。"我们已经证明了如何在量子状态下制备公斤级的物体。这终于为重力如何影响大型量子物体的实验研究打开了大门，这是迄今为止只能梦想的事情。"

振荡器不是一个单一的有形物体，而是LIGO采用的四个40公斤（88磅）的镜子的组合运动。当它们被认为是一个单一的系统时，物理学家可以将整个安排简化为大约八亿个原子（1026个原子），重量大约为10公斤（22磅）。

"LIGO旨在测量四个40公斤重的镜子的联合运动，"Sudhir补充说。"事实证明，你可以从数学上映射出这些质量的联合运动，并将它们视为一个10公斤物体的运动"。

这个原子集合处于基态的预测温度仅为11纳克尔文。这只是绝对零度以上的十亿分之一。振荡器被降低到77纳克尔文的温度。该物体是如此静止，以至于它没有移动超过一个质子的千分之一大小。

"苏迪尔解释说："这与原子物理学家冷却他们的原子以达到其基态的温度相当，而那是用一个可能有一百万个原子的小云，重达皮克。"因此，你能把重得多的东西冷却到同样的温度，这很了不起。"

镜像技术已经被用来更好地理解量子力学在宏观世界的影响。去年，该团队记录了由于激光照射在镜面上所产生的不可能的微小踢脚而导致的镜面的量子波动。

作者：Dr Alfredo Carpineti

他是IFLScience的工作人员之一。他主要报道天文学、物理学和技术。他拥有天体物理学博士学位和伦敦帝国学院的量子场和基本力硕士学位。他拥有罗马大学 "La Sapienza "的物理学和天体物理学学士学位。