Les miroirs qui détectent les ondulations dans l’espace-temps ont été gelés à un niveau proche du zéro absolu

Les techniciens de LIGO examinent l'un des miroirs de l'observatoire.

Les techniciens de LIGO examinent l’un des miroirs de l’observatoire.
photo: Laboratoire Caltech / MIT / LIGO

Une équipe de physiciens a déclaré qu’elle était capable de presque geler le mouvement des atomes à travers quatre miroirs suspendus. C’est un exploit ahurissant qui met à rude épreuve les définitions mêmes de mots apparemment simples comme « corps » et « chaleur » jusqu’à ce que vous vous attachiez.

La configuration de cette expérience était LIGO, le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, où les physiciens recherchent les ondulations dans l’espace-temps causées par la collision d’objets massifs comme les trous noirs. L’observatoire s’appuie sur quatre miroirs et lasers soigneusement suspendus pour détecter les ondes gravitationnelles qui passent, qui déplacent très légèrement les miroirs, provoquant une brève oscillation des lasers. Les chercheurs à l’origine de l’expérience actuelle ont profité d’une pause LIGO en septembre dernier pour essayer quelque chose qui n’avait jamais été fait auparavant: Il refroidit un objet à l’échelle humaine au point que des observations quantitatives peuvent être faites sur celui-ci. elles ou ils Résultats Il a été publié aujourd’hui dans la revue Science.

Vous pouvez refroidir le corps en le plaçant au congélateur, mais lorsque vous êtes physicien, vous pouvez également refroidir le corps en réduisant ses mouvements. Parfois, cela signifie appliquer une force opposée – dans ce cas, des lasers – au corps, afin ralentir son mouvement aléatoireNez et gorge à l’échelle atomique. Heureusement, LIGO est déjà équipé de lasers, donc l’équipe n’a pas eu à s’inquiéter de gâcher la configuration expérimentale très coûteuse.

« Nous pouvons en fait utiliser la même capacité que LIGO pour faire cette autre chose, qui consiste à utiliser LIGO pour mesurer le mouvement vibratoire aléatoire de ces miroirs – et utiliser les informations que nous avons sur le mouvement – et appliquer une force opposée », a déclaré Viveshk. Sudhir, physicien quantique au MIT et co-auteur de l’étude. Recherche, lors d’un appel vidéo : « Je sais que vous allez empêcher les atomes de bouger. »

C’est ici que ça devient bizarre. l’équipe il n’a pas fait laserFroid n’importe quel miroir à la place, cMouvement collectif réduit des quatre miroirs à 77 nanokelvin, ou 77 milliardièmes de kelvin, juste au-dessus du zéro absolu. Ce mouvement collectif est ce que les physiciens appellent leur « sujet », bien que cela ne corresponde pas tout à fait à votre définition quotidienne du mot. C’est maintenant le plus gros objet qui a été refroidi jusqu’à un état fondamental cinétique quantique – en d’autres termes, un repos complet au niveau atomique.

Pourquoi font-ils un tel effort ? Ils cherchent à mieux comprendre comment le monde classique – des choses qui vous sont familières, comme les chaises et les chats – interagit avec le système quantique. Pour ce faire, il serait utile d’avoir un grand système facile à observer (comme des miroirs) qui se comporte comme un système à l’échelle quantique. Les objets de taille humaine sont généralement beaucoup affectés par des choses comme un disquepourquoi de Traversée de trains, vent, ondes sonores de quelqu’un qui parle à proximité, etc., Pour des mesures précises de très faibles forces. Souterrain et suspendu, LIGO est principalement protégé contre Ces facteurs déjà. Mais pour que l’équipe agisse comme un système quantique, l’équipe devait également supprimer le bruit de la chaleur الناتجة. La température ambiante signifie que l’air est pulsé d’énergie. Mais plus il fait froid, moins il y a de mouvement.

« Il s’agit d’une amélioration impressionnante par rapport à leurs résultats précédents dans le refroidissement de ce mode mécanique massif du système de miroirs », a déclaré Markus Aspelmayer, physicien quantique à l’Université de Vienne qui n’est pas affilié au dernier article de recherche, dans un e-mail. « Je suis d’accord avec leur affirmation selon laquelle il s’agit d’un excellent système pour étudier les effets de la décohérence sur les objets supermassifs dans un système quantique. » Par décohérence, Aspelmeyer entend la façon dont les choses perdent leurs propriétés quantiques.

Sudhir a déclaré que la prochaine étape de l’équipe serait de tester l’effet de la gravité sur syéteindre. La gravité n’a pas été directement observée dans le monde quantique ; jeIl se pourrait que la gravité soit la force qui n’agit que sur monde classique. Mais si cela arrive présent aux échelles quantiques, Système de refroidissement dans lego— Vraiment un outil très sensibleSuper endroit pour chercher. La gravité agit intensément sur les objets massifs, elle a donc comme cette taille Thème Travailler avec elle est un grand pas vers l’exploration de la façon dont la force peut ou non interagir avec le monde quantique.

Pour Sudhir, une partie de ce qui est si excitant est la dérégulation de ces lois physiques. « Pourquoi… toute loi physique que nous avons tous découverte en tant qu’êtres humains sur Terre s’applique également très très loin, Quelque part dans un autre coin de l’univers ? Sudhir a dit : « Cela ne devrait pas être le cas. Pourtant, il l’est. »

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