物理学家现在已经在室温下测量了音频带中的量子“反作用力”

物理学家现在已经在室温下测量了音频带中的量子“反作用力”

由于引力波的历史性的发现两个黑洞碰撞超过十亿光年是在2015年,物理学家们推进知识的测量精度的限制将有助于改善下一代的科学家重力波所使用的工具和技术。

路易斯安那州立大学物理与天文学系副教授Thomas Corbitt和他的研究团队现在提出了第一个宽带，非共振测量音频波段的量子辐射压力噪声，频率与引力波探测器有关。研究结果为提高引力波探测器的灵敏度提供了线索，方法是开发技术，减轻测量中所谓的“反作用力”的不精确性，从而增加探测引力波的机会。

Corbitt和研究人员已经开发出一种物理设备，可以在室温下观察和听到量子效应。在非常低的温度下测量量子效应往往更容易，而这种方法使它们更接近人类的经验。位于路易斯安那州利文斯顿的LIGO或激光干涉仪引力波天文台(Laser Interferometer gravity - wave Observatory)等探测器的微型模型中。华盛顿州的汉福德。这些设备由低损耗的单晶微谐振器组成，每个谐振器都有一个针尖大小的镜垫，悬挂在悬臂上。激光束对准其中一个反射镜，当光束被反射时，波动的辐射压力足以弯曲悬臂结构，导致反射镜垫振动，产生噪音。

引力波干涉仪使用尽可能多的激光功率，以最小化测量离散光子所带来的不确定性，并最大限度地提高信噪比。这些更高功率的光束增加了位置精度，但也增加了反作用力，这是反射镜中光子数量的不确定性，而反射镜中的光子数量对应于由于辐射压力对镜子产生的波动力，从而导致机械运动。其他类型的噪声，如热噪声，通常控制着量子辐射压力噪声，但是Corbitt和他的团队，包括麻省理工学院的合作者，已经对它们进行了分类。先进的LIGO和其他第二代、第三代干涉仪在全激光功率下运行时，将受到低频量子辐射压力噪声的限制。Corbitt在《自然》杂志上发表的论文为研究人员在测量引力波时如何解决这个问题提供了线索。

鉴于急需更敏感的引力波探测器,重要的是要研究量子噪声辐射压力的影响在系统类似于高级LIGO,将量子辐射压力限制噪音大范围的频率远离机械谐振频率测试质量的悬架。有人指出，测试改进引力波探测器的新想法可能很棘手，尤其是在降低只能用全尺寸干涉仪测量的噪声时。项突破为测试降噪提供了新的机会。这种方法的相对简单性使得它可以被广泛的研究小组使用，这可能会增加引力波天体物理学中更广泛的科学界的参与。