Die Auswirkungen der Quantenmechanik sind viel zu subtil, um sie in Alltagsgegenständen zu erfassen. Und doch das Universum, wenn man es durch die Linse von betrachtet. Quantenmechanik ist ein mysteriöser, lauter Ort, an dem Partikel ständig in und aus der Existenz knistern und blinken.
Zum ersten Mal hat ein Team unter der Leitung von Forschern des MIT LIGO Laboratory die Auswirkungen von Quantenfluktuationen auf Objekte im menschlichen Maßstab gemessen.
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Mit LIGO Quantenfluktuationen erkennen
In a Papier veröffentlicht gestern in Natur die MIT-Forscher berichten, dass sie das winzig beobachten Quantenfluktuationen kann überraschenderweise ein Objekt „treten“, das so groß ist wie die 40-Kilogramm-Spiegel des Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatoriums LIGO der US National Science Foundation.
LIGO wurde entwickelt, um Gravitationswellen zu erfassen, die von kataklysmischen Quellen in Millionen bis Milliarden von Lichtjahren Entfernung auf die Erde gelangen. Es wurde viel Arbeit geleistet, um die Interferometer von LIGO vor externen Störungen zu schützen, damit sie die bestmögliche Chance haben, die subtilen Störungen zu erkennen, die durch eine einfallende Gravitationswelle verursacht werden.
Nergis Mavalvala, Marmorprofessorin und stellvertretende Leiterin der Abteilung Physik am MIT, und ihre Kollegen fragten sich, ob LIGO möglicherweise auch so empfindlich ist, dass das Instrument sogar subtilere Effekte wie Quantenfluktuationen wahrnimmt.
„Diese Quantenfluktuation im Laserlicht kann einen Strahlungsdruck verursachen, der tatsächlich auf ein Objekt treten kann“, fügt McCuller hinzu. „Das Objekt ist in unserem Fall ein 40-Kilogramm-Spiegel, der eine Milliarde Mal schwerer ist als die nanoskaligen Objekte, dieandere Gruppen haben diesen Quanteneffekt in gemessen. "
Ein 'Quantenquetscher'
Die bei LIGO beobachteten "Tritte" führten dazu, dass sich die Spiegel sichtbar um ein winziges Maß bewegten, was das Team messen konnte.
gemäß MIT Pressemitteilung Das Quantenrauschen in den LIGO-Detektoren reichte aus, um die großen Spiegel um 10 zu bewegen. -20 Meter - eine Verschiebung, die von der Quantenmechanik für ein Objekt dieser Größe vorhergesagt wurde, aber noch nie zuvor gemessen wurde.
„Ein Wasserstoffatom ist 10 -10 Meter, also ist diese Verschiebung der Spiegel zu einem Wasserstoffatom, was für uns ein Wasserstoffatom ist - und das haben wir gemessen “, sagt Lee McCuller, ein Wissenschaftler am Kavli-Institut für Astrophysik und Weltraumforschung des MIT.
Die Forscher verwendeten ein spezielles Instrument, das als Quantenquetscher bezeichnet wurde. Auf diese Weise konnten sie „das Quantenrauschen des Detektors manipulieren und seine Tritte auf die Spiegel reduzieren, um letztendlich die Empfindlichkeit von LIGO bei der Erkennung zu verbessernGravitationswellen “, erklärt Haocun Yu, ein Doktorand der Physik am MIT.
Quanteneffekte auf makroskopischer Ebene sehen
Letztendlich haben die Beobachtungen gezeigt, dass wir Quanteneffekte auf makroskopischer Ebene sehen können - sogar auf etwas so Großem wie einem Menschen. “Auch wir, jede Nanosekunde unserer Existenz, werden herumgetreten und von diesen Quantenfluktuationen geplagt. Es ist einfachdass der Jitter unserer Existenz, unsere Wärmeenergie, zu groß ist, als dass diese Quantenvakuumschwankungen unsere Bewegung messbar beeinflussen könnten ", sagt Nergis Mavalvala, Marmorprofessor und stellvertretender Leiter der Physikabteilung am MIT.
"Mit den Spiegeln von LIGO haben wir all diese Arbeit geleistet, um sie von thermisch angetriebenen Bewegungen und anderen Kräften zu isolieren, sodass sie jetzt noch ausreichen, um von Quantenfluktuationen und diesem gruseligen Popcorn des Universums herumgetreten zu werden."
Die Ergebnisse könnten weitreichende Auswirkungen auf die Bereiche der Quantenmechanik haben und insbesondere Quantencomputer was verspricht Computer revolutionieren Durch die Schaffung modernster Maschinen, mit denen Berechnungen durchgeführt werden können, würde die Fertigstellung eines klassischen Computers Tausende von Jahren dauern.