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天文|新突破：首次测量到量子“踢”在大物体上

LIGO项目运作着两个探测基地 ， 一个在华盛顿州西部的汉福德附近 ， 另一个在路易斯安那州的利文斯顿附近 。 （如图）
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(Image: LIGO Collaboration)图片：LIGO 合作组织
量子效应一直在控制着我们 ， 现在我们对于这一有点令人不安的事实有了可被观测到的证据 ，

据最新研究表明 ， 激光干涉引力波天文台科研协作组织的研究人员测量了这个微小的扰动 ， 它以量子波动的形式传入了他们极其灵敏的设备 。
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科学家们发现这个量子扰动确实很小 ， 只把LIGO 88磅（40kg）重的镜片移动了10-20m 。

一个氢原子的大小是是10 -10米,这块镜片的位移相对于氢原子的大小相当于氢原子相对于我们的大小 ， 并且还是被我们测量到了 ， ”研究合著者 ， 麻省理工学院(MIT) 科维里天体物理学和空间研究所的研究科学家Lee McCuller在一份声明中说 。
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研究团队的队员表示 ， 其他的研究小组也曾测量过这种量子效应 ， 但是从来没有达到这种级别 。 LIGO的镜片比之前的被扰动的物体要重大约十亿倍 。

LIGO项目利用两个探测器 ， 一个在路易斯安那州的利文斯顿 ， 另一个在华盛顿的汉福德探测引力波——大质量物体的加速引发的时空涟漪
每个探测器都是L形 ， 每边长达2.5英里(4公里) 。 在“L”的交点有一束激光照向两条边 ， 每条边的远端有一面重88磅的的镜子将光束反射回来 。 如果反射的光束在稍微不同的时间到达交点 ， 这可能是引力波扭曲了两条边上的时空结构的证据 。
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LIGO团队利用这种策略取得了巨大的效果 。 目前 ， 该合作小组已经发现了十多个引力波 ， 其中包括2015年9月首次发现的引力波 。 这些事件大多与黑洞合并有关 ， 但有两起是由被称为中子星的超高密度、城市大小的恒星残骸碰撞引起的 。
LIGO探测器极其灵敏 ， 而且完全屏蔽了噪音；它们必须如此 ， 否则它们将无法接收到引力波 。 例如 ， 团队成员说 ， 为了完成2015年的突破性发现 ， 需要测量比质子宽度小1000倍的距离变化 。
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一项新的研究利用了它的灵敏性并将其提升了一个等级 。 由麻省理工大学量子物理学毕业生余浩存领导的研究人员们 ， 使用了一个于最近制造的 ， 可使得他们调整探测器内部的量子噪音的“量子挤压器” 。 这种噪音源于非常小的微粒的突然出现和突然消失 ， 是一种持续不断且漫布宇宙的爆裂声 。
“我们认为量子噪音沿不同的轴线分布 ， 于是我们尝试从一些具体的方面减少噪音 。 ”余在声明里说 。
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研究团队测量了探测器内部的全部噪音——量子噪音和由普通震动引起的“经典”噪音 。
然后 ， 利用量子挤压器的帮助 ， 他们在数据分析过程中去除经典噪音 。 这项工作揭示了 ， 在激光灯下的量子波动 ， 能够使悬挂在钟摆内部的四重悬浮设备的探测器的镜子移动10^-20米 。
团队成员说 ， 这个数字与理论家的预测基本一致 。
这项非常具有吸引力的新研究于星期三（7.1）刊登在自然杂志上 。
余说 ， 量子挤压器让激光干涉引力波天文台（LIGO）团队能够操控探测器的量子噪音并以提高激光干涉引力波天文台（LIGO）探测引力波的灵敏性的方式减少对镜子的“踢” 。
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相关知识
激光干涉引力波观测台（LIGO）是大型物理实验用于探测宇宙里的引力波和开发引力波观测的天文工具 。 建立在美国的两个大型天文台通过激光干涉来实现探测引力波的目的 。 这些探测器可以探测到四公里镜距的变化 ， 还不到质子电荷直径的千分之十 。 首个LIGO天文台由国家科学基金会（NSF）资助 ， 由加州理工学院和麻省理工学院提出 ， 建设并运营 。 他们收集了从2005-2010的数据 ， 但是并没有引力波被探测到 。

作者：Mike Wall
FY：Astronomical volunteer team
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