距离测量量子引力更近了 – 物理世界

第一种能够测量直径仅为微米的粒子的引力的技术可以帮助探索引力的量子理论——这是物理学的长期目标。新实验使用超导量子干涉装置（SQUID）来检测超低温下粒子上的力，并抑制可能干扰重力运动的振动。

重力与其他基本力不同，因为它描述的是时空曲率，而不是物体之间的直接相互作用。这种差异在一定程度上解释了为什么理论物理学家长期以来一直在努力调和引力（如爱因斯坦广义相对论所描述的）与量子力学。主要症结之一是，后者假设时空是固定的，而前者则认为时空会随着大质量物体的存在而发生变化。由于确定哪种描述是正确的实验极其困难，因此尽管在弦理论和圈量子引力等领域做出了很多理论努力，但量子引力理论仍然遥不可及。

迈斯纳状态场驱逐

在新的工作中，报告于 科学进步， 物理学家 提克·奥斯特坎普 of 莱顿大学 在荷兰，与同事一起 南安普顿大学、英国和意大利的 光子学和纳米技术研究所，通过研究质量仅为 0.43 毫克的磁性粒子（接近量子效应开始出现的极限）上的引力，探讨了重力和量子力学之间的边界。为了进行研究，他们将粒子捕获在磁场中，该磁场是通过使电流通过电线而产生的，这些电线在温度低于 100 毫开尔文时会变得超导。由此产生的磁场“景观”使粒子悬浮，这要归功于众所周知的超导效应，即迈斯纳态场排斥，其中超导体中的电流产生的磁场与粒子自身的磁场完全相反。

一旦粒子悬浮，研究人员就测量了粒子绕其质心移动时产生的磁场的微小变化。他们使用集成的 DC SQUID 磁力计来实现这一点，同时不断调整磁捕获电位的频率。这使他们能够将粒子运动的幅度表征为这些频移的函数。

抑制振动

然后，研究人员通过旋转实验冰箱或低温恒温器外面的一个重轮来产生重力扰动。调节轮的旋转频率以激发悬浮粒子的振动频率之一。但在测量这种引力扰动导致的粒子运动变化之前，奥斯特坎普和同事首先必须确保其他可能导致粒子运动的因素——例如来自负责冷却超导体的压缩机和泵的振动——被排除在外。很好地抑制了。

“结果证明这是我们实验中最紧迫的挑战，”奥斯特坎普解释说，“但是一旦我们成功做到了这一点，剩下的粒子的运动就变得非常小，以至于受到了重力的干扰——我们实际上可以测量这一点。”

推动边界

Oosterkamp 和同事最初打算使用他们的低温恒温器来冷却和激发机械谐振器。奥斯特坎普解释说：“我们这样做是为了尝试证明它可以同时出现在两个地方——就像电子穿过两个狭缝时表现出干涉效应一样。” “从干涉中，我们可以推断电子是一种波，并且同时穿过两个狭缝。对于我们的实验来说，还有很长的路要走，我们一直致力于隔离振动以冷却力传感器，以观察微型机械谐振器的相同类型的效应。”

他回忆道，这些最初的实验进展得非常顺利，以至于他们问自己：在他们的装置中，为了证明实验的灵敏度，他们可以对粒子施加的最小力是多少？ “当我们意识到重力测量已经可以实现时，我们特别有动力，”奥斯特坎普回忆道。

实验需要更加灵敏

奥斯特坎普说，下一步是将引力效应和量子效应更加紧密地结合在一起。 “能够同时测量位于两个地方的粒子的引力将是非常理想的，但我们需要使我们的实验更加灵敏才能做到这一点，并对表现出量子效应的较重物体进行测量——例如叠加和量子效应。”例如，纠缠，”他说。

为此，研究人员正在努力用内部类似的轮子或螺旋桨替换低温恒温器外部的轮子。 “我们希望在距离传感器仅 30 厘米的螺旋桨上产生毫克质量，而不是在距离传感器 XNUMX 厘米处放置公斤级块的轮子，”Oosterkamp 说。

该团队还试图在实验中进一步隔离外部振动，并使系统温度更低。 “这些措施可以将测量灵敏度提高 100 倍，”Oosterkamp 说。

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/getting-closer-to-measuring-quantum-gravity/