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玻色 - 愛因斯坦凝聚物目前無法探測到引力波

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-10-09瀏覽次數:1208

由空洞深處的黑洞或中子星產生的引力波確實到達了地球。然而,它們的影響是如此之小,以至于到目前為止它們只能用儀表長度測量裝置觀察到。因此,物理學家正在討論具有有序量子特性的超冷和微小玻色 - 愛因斯坦凝聚體是否能夠探測到這些波。來自Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)和德累斯頓技術大學的RalfSchützhold教授現在仔細研究了這些建議的基礎,并在物理評論D期刊中明確指出,這遠遠超出了現有方法的范圍。

早在1916年,阿爾伯特愛因斯坦就向普魯士科學院提交了一篇文章,其中他證明了運動的質量,如超級巨星,相互繞開,在光速下留下空間和時間的凹痕。傳播。這些凹痕被稱為引力波,應該像無線電波,光和其他電磁波一樣準確地移動。然而,引力波的影響通常很弱,以至于世界領先的物理學家確信它們可能永遠無法測量。

這種懷疑主義的原因是這些引力波的力量相當弱。例如,即使有相當大的地球質量,它在太陽周圍覆蓋了大約30公里/秒的太陽,并且可以產生功率僅為300瓦的引力波。這甚至不足以為具有能源之星標簽的商用真空吸塵器提供動力。因此,很難測量這些引力波對地球軌道的影響。

黑洞合并時

相反,當涉及到相當高的質量時,情況看起來更好。當兩個巨大的黑洞在離地球13億光年的距離合并時,一個有大約三十六個太陽質量,另一個有二十九個太陽,空間和時間在顫動。在這次合并中,質量是我們太陽的三倍,并且它已成為巨大的引力波。它的殘余物于2015年9月11日上午11點51分和中歐時間13億年后抵達地球。然而,當波浪在如此大的距離上向所有方向傳播并且擴散到難以想象的大空間中時,它們的能量大大減少。

因此,在地球上,只收到非常微弱的信號,這些信號是在美國使用兩個4公里長的垂直真空管記錄的。兩個特殊的激光束在這些設施的端點之間來回發射。從光束到達另一端所需的時間,研究人員可以非常精確地計算兩點之間的距離。 “當引力波到達地球時,它們在兩個設施中將兩個測量距離中的一個縮短了一萬億分之一,而另一個垂直擴展延伸了相似的數量,”HZDR研究員RalfSchützhold說道,同事的結果。因此,在對數據進行詳細分析后,研究人員于2016年2月11日首次直接檢測到了愛因斯坦預測的引力波。其中三位研究人員于2017年迅速獲得諾貝爾物理學獎。

原子同步

天體物理學家現在可以使用這些波來觀察太空中的大事件,兩個黑洞合并或巨大的恒星爆炸。物理學家只是問這是否不適用于比四公里垂直真空管更容易處理的設施。一種可能性是所謂的玻色 - 愛因斯坦凝聚,Satyendranath Bose和阿爾伯特愛因斯坦早在1924年預測了這種情況。“這種凝結物可以被認為是來自單個原子的高度稀釋的蒸汽,它被冷卻到極端并因此凝結,“Schützhold解釋道。美國研究人員于1995年成功地做到了這一點。

在非常低的溫度下(僅略高于負273.15攝氏度的絕對零度),大多數金屬原子如氦處于相同的量子態,并且它們在較高溫度下形成混沌的大雜燴。 “類似于激光光粒子,這些玻色 - 愛因斯坦凝聚原子可以說是同步的,”Schützhold說。然而,引力波可以改變物理學家稱這些同步原子凝聚物中的聲子的聲音粒子或聲音量子。 “這有點像一塊大水,地震產生的波浪改變了現有的水波,”Ralph Schzholdd描述道。

證據不足

然而,當HZDR理論物理系主任仔細研究了這一現象的基本原理時,他確定這樣的玻色 - 愛因斯坦凝聚體必須大于當前的數量級才能檢測出它們產生的引力波。合并黑洞。 “例如,今天,Bose-Einstein已經努力研究了一百萬個原子,但探測引力波所需的原子數量遠遠超過一百萬次,”Schützhold說。實際上存在一種替代方案,其中在玻色 - 愛因斯坦凝聚體中形成渦旋,其中引力波直接產生更容易觀察到的聲子。 “但即使有這種不均勻的玻色 - 愛因斯坦凝聚物,

然而,HZDR的研究人員已經提供了一個可能的證據,即如果惰性氣體氦氣冷卻到絕對零度以上不到兩度,就會形成超流體液體,這實際上不是純的玻色 - 愛因斯坦凝聚物。但只含有10%的同步氦原子。由于可以產生更大量的這種超流體氦,因此可以以這種方式產生比直接產生玻色 - 愛因斯坦凝聚原子更大的數量級。 “然而,超流體實際上是一種探測引力波的方法,只能通過非常復雜的計算來顯示,”Schützhold說。因此,引力波微探測器在未來的某個時間仍然存在。

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