Wissenschaftler setzen den Quanten-Freeze auf ein Objekt im menschlichen Maßstab

17. Juni (UPI) — Zum ersten Mal haben Wissenschaftler ein Objekt im menschlichen Maßstab fast zum Stillstand gebracht und die vier Spiegel des Laser-Interfrometer-Gravitationswellen-Observatoriums in ein Quantenobjekt verwandelt.

Das Forschungsteam unter der Leitung von Quantenphysikern am MIT beschrieb seine Leistung in einem neuen Papier, das am Donnerstag veröffentlicht wurde in der Zeitschrift Science.

Fast alles und jeder ist ständig in Bewegung. Selbst scheinbar erscheinende Menschen und Gegenstände enthalten noch Billionen von Atomen, die vor Energie schwingen.

Um diese Energie zu unterdrücken, versetzen Wissenschaftler manchmal supercoole Objekte in einen sogenannten „Bewegungsgrundzustand“. Bisher ist es Wissenschaftlern nur gelungen, sehr kleine Objekte, wie eine kleine Atomwolke oder ein Objekt im Nanogrammbereich, in einen reinen Quantenzustand zu bringen.

„Ein reiner Quantenzustand ist ein Zustand, dessen Eigenschaften nicht durch klassische Physik erklärt werden können“, sagte der Co-Autor der Studie, Vivishek Sudhir, Assistenzprofessor für Quantenmechanik am MIT, in einer E-Mail an UPI.

Um ein großes Objekt in einen reinen Quantenzustand zu bringen und sich seinem Bewegungsgrundzustand anzunähern, müssen Forscher zunächst die Bewegung seiner Atome genau messen können.

Wenn Wissenschaftler das Ausmaß und die Richtung der Bewegung eines Objekts quantifizieren können, können sie den notwendigen Pushback anwenden, um seine Atome zu beruhigen.

Aus diesem Grund haben sich die Wissenschaftler für LIGO entschieden, das seine optische Leistung aus der Fähigkeit bezieht, die Bewegung seiner vier Spiegel präzise zu messen.

Bei einmaligen Messungen mit Lasern kann der einfache Ping eines einfallenden Photons später den Bewegungszustand des Ziels ermitteln.

Aber wenn ein Objekt kontinuierlich vermessen wird, wie es bei LIGO und seinen vier Spiegeln der Fall ist, kann der spätere Photonen-Rückstoßeffekt früherer Fotos gemessen und mit den von späteren Photonen erfassten Daten berücksichtigt werden.

Nach der präzisen Aufzeichnung der Quanten- und klassischen Störungen, die jeden der vier Spiegel betreffen, befestigten die Forscher Elektromagnete an der Rückseite jedes Spiegels, um gleiche und entgegengesetzte Kräfte auszuüben, wodurch die vier Spiegel fast zum Stillstand kamen.

„Indem wir diese Fluktuationen genau verfolgen und eine Kraft anwenden, um ihr entgegenzuwirken, bringen wir diese Bewegung in einen Zustand, der der vollständigen Ruhe sehr nahe kommt“, sagte Sudhir.

Forscher schätzen, dass ihr Durchbruch es ihnen ermöglichen wird, die Auswirkungen der Gravitation auf Quantenzustände zu messen.

„Eine der Fragen, die wir möglicherweise beantworten können, lautet: ‚Warum erscheinen große Objekte nicht von Natur aus in Quantenzuständen?‘ Es gibt verschiedene Vermutungen, warum das so sein könnte; einige sagen, dass die Schwerkraft – die stark auf größere Objekte wirkt – dafür verantwortlich sein könnte“, sagte Sudhir gegenüber UPI.

„Wir haben jetzt ein System, in dem einige dieser Vermutungen experimentell überprüft werden können“, sagte Sudhir.

In zukünftigen Experimenten hoffen Wissenschaftler, Objekte im menschlichen Maßstab in andere exotische Quantenzustände zu versetzen.