愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言，引力波是由大質(zhì)量物體的特定運(yùn)動(dòng)在時(shí)空中產(chǎn)生的漣漪。引力波的研究很重要，因?yàn)橐Σ梢宰尶茖W(xué)家探測(cè)到宇宙中的大事件，否則會(huì)留下很少或根本看不到的光，比如黑洞碰撞。

2015年激光干涉儀引力波天文臺(tái)(LIGO)和室女座引力波天文臺(tái)合作首次觀測(cè)到了引力波。這些波是從兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞之間13億年前的碰撞中發(fā)出。

科學(xué)家使用4公里長(zhǎng)的光學(xué)干涉儀進(jìn)行探測(cè)，因?yàn)檫@一事件在地球的時(shí)空中引起了漣漪?，F(xiàn)在，倫敦大學(xué)學(xué)院、格羅寧根大學(xué)和華威大學(xué)科學(xué)家提出了一種基于量子技術(shù)的探測(cè)器，該探測(cè)器比目前使用的探測(cè)器小4000倍，可以探測(cè)到中頻引力波。其研究發(fā)表在《新物理學(xué)》期刊上，詳細(xì)介紹了如何使用最先進(jìn)的量子技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，建造能夠同時(shí)測(cè)量和比較兩個(gè)地點(diǎn)引力強(qiáng)度的探測(cè)器。

它可以通過(guò)使用重達(dá)10-17公斤的納米級(jí)鉆石晶體來(lái)工作，使用Stern-Gerlach干涉術(shù)，晶體將被放置在量子空間疊加中?？臻g疊加是晶體同時(shí)存在于兩個(gè)不同位置的量子態(tài)。量子力學(xué)允許一個(gè)物體，無(wú)論多大，都可以同時(shí)在兩個(gè)不同的地方進(jìn)行空間離域。盡管量子力學(xué)的疊加原理與日常經(jīng)驗(yàn)背道而馳，而且與我們的日常經(jīng)驗(yàn)直接沖突，但它已經(jīng)用中子、電子、離子和分子進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

量子引力波探測(cè)器

通訊作者Ryan Marshman（UCL物理與天文學(xué)和UCLQ）說(shuō)：利用疊加原理已經(jīng)存在了量子引力傳感器。這些傳感器被用來(lái)測(cè)量牛頓引力，構(gòu)成了令人難以置信的精確測(cè)量設(shè)備。目前量子引力探測(cè)器使用的量子質(zhì)量要小得多，比如原子，但實(shí)驗(yàn)工作正在發(fā)展新的干涉測(cè)量技術(shù)，使設(shè)備能夠來(lái)研究引力波。發(fā)現(xiàn)，與LIGO相比，量子引力波探測(cè)器可以探測(cè)不同的引力波頻率范圍。

這些頻率可能只有當(dāng)科學(xué)家在基線大小為數(shù)十萬(wàn)公里的太空中建造大型探測(cè)器時(shí)才能使用。研究人員設(shè)想，新提出的較小探測(cè)器可以用來(lái)建立一個(gè)探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)，能夠從背景噪聲中挑選出引力波信號(hào)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)也有潛在的用處，可以提供關(guān)于產(chǎn)生引力波物體位置的精確信息。合著者Sougato Bose教授（UCL物理與天文學(xué)和UCLQ）說(shuō)：雖然新提出的探測(cè)器在范圍上雄心勃勃。

但使用當(dāng)前和不久的將來(lái)技術(shù)創(chuàng)造它，似乎沒有任何根本或不可逾越的障礙。制造這種探測(cè)器的所有技術(shù)要素，都是在世界各地的不同實(shí)驗(yàn)中單獨(dú)實(shí)現(xiàn)的：所需的力，所需的真空質(zhì)量，以及晶體疊加的方法，困難在于將所有這些放在一起，并確保疊加完好無(wú)損。下一步，團(tuán)隊(duì)將與實(shí)驗(yàn)者合作，開始建造該設(shè)備的原型。重要的是，同一類探測(cè)器也可以幫助探測(cè)引力是否是量子力。

研究人員表示：最初是想開發(fā)探索非經(jīng)典引力的設(shè)備。但是，由于實(shí)現(xiàn)這樣的設(shè)備將是一項(xiàng)相當(dāng)大的努力，所以這樣的設(shè)備在測(cè)量非常弱的經(jīng)典重力(如引力波)方面的效率很重要，并發(fā)現(xiàn)它很有前途！

博科園｜研究/來(lái)自：倫敦大學(xué)學(xué)院

參考期刊《新物理學(xué)》

DOI: 10.1088/1367-2630/ab9f6c

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