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玻色 - 爱因斯坦凝聚物目前无法探测到引力波

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-10-09浏览次数:1208

由空洞深处的黑洞或中子星产生的引力波确实到达了地球。然而,它们的影响是如此之小,以至于到目前为止它们只能用仪表长度测量装置观察到。因此,物理学家正在讨论具有有序量子特性的超冷和微小玻色 - 爱因斯坦凝聚体是否能够探测到这些波。来自Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)和德累斯顿技术大学的RalfSchützhold教授现在仔细研究了这些建议的基础,并在物理评论D期刊中明确指出,这远远超出了现有方法的范围。

早在1916年,阿尔伯特爱因斯坦就向普鲁士科学院提交了一篇文章,其中他证明了运动的质量,如超级巨星,相互绕开,在光速下留下空间和时间的凹痕。传播。这些凹痕被称为引力波,应该像无线电波,光和其他电磁波一样准确地移动。然而,引力波的影响通常很弱,以至于世界领先的物理学家确信它们可能永远无法测量。

这种怀疑主义的原因是这些引力波的力量相当弱。例如,即使有相当大的地球质量,它在太阳周围覆盖了大约30公里/秒的太阳,并且可以产生功率仅为300瓦的引力波。这甚至不足以为具有能源之星标签的商用真空吸尘器提供动力。因此,很难测量这些引力波对地球轨道的影响。

黑洞合并时

相反,当涉及到相当高的质量时,情况看起来更好。当两个巨大的黑洞在离地球13亿光年的距离合并时,一个有大约三十六个太阳质量,另一个有二十九个太阳,空间和时间在颤动。在这次合并中,质量是我们太阳的三倍,并且它已成为巨大的引力波。它的残余物于2015年9月11日上午11点51分和中欧时间13亿年后抵达地球。然而,当波浪在如此大的距离上向所有方向传播并且扩散到难以想象的大空间中时,它们的能量大大减少。

因此,在地球上,只收到非常微弱的信号,这些信号是在美国使用两个4公里长的垂直真空管记录的。两个特殊的激光束在这些设施的端点之间来回发射。从光束到达另一端所需的时间,研究人员可以非常精确地计算两点之间的距离。 “当引力波到达地球时,它们在两个设施中将两个测量距离中的一个缩短了一万亿分之一,而另一个垂直扩展延伸了相似的数量,”HZDR研究员RalfSchützhold说道,同事的结果。因此,在对数据进行详细分析后,研究人员于2016年2月11日首次直接检测到了爱因斯坦预测的引力波。其中三位研究人员于2017年迅速获得诺贝尔物理学奖。

原子同步

天体物理学家现在可以使用这些波来观察太空中的大事件,两个黑洞合并或巨大的恒星爆炸。物理学家只是问这是否不适用于比四公里垂直真空管更容易处理的设施。一种可能性是所谓的玻色 - 爱因斯坦凝聚,Satyendranath Bose和阿尔伯特爱因斯坦早在1924年预测了这种情况。“这种凝结物可以被认为是来自单个原子的高度稀释的蒸汽,它被冷却到极端并因此凝结,“Schützhold解释道。美国研究人员于1995年成功地做到了这一点。

在非常低的温度下(仅略高于负273.15摄氏度的绝对零度),大多数金属原子如氦处于相同的量子态,并且它们在较高温度下形成混沌的大杂烩。 “类似于激光光粒子,这些玻色 - 爱因斯坦凝聚原子可以说是同步的,”Schützhold说。然而,引力波可以改变物理学家称这些同步原子凝聚物中的声子的声音粒子或声音量子。 “这有点像一块大水,地震产生的波浪改变了现有的水波,”Ralph Schzholdd描述道。

证据不足

然而,当HZDR理论物理系主任仔细研究了这一现象的基本原理时,他确定这样的玻色 - 爱因斯坦凝聚体必须大于当前的数量级才能检测出它们产生的引力波。合并黑洞。 “例如,今天,Bose-Einstein已经努力研究了一百万个原子,但探测引力波所需的原子数量远远超过一百万次,”Schützhold说。实际上存在一种替代方案,其中在玻色 - 爱因斯坦凝聚体中形成涡旋,其中引力波直接产生更容易观察到的声子。 “但即使有这种不均匀的玻色 - 爱因斯坦凝聚物,

然而,HZDR的研究人员已经提供了一个可能的证据,即如果惰性气体氦气冷却到绝对零度以上不到两度,就会形成超流体液体,这实际上不是纯的玻色 - 爱因斯坦凝聚物。但只含有10%的同步氦原子。由于可以产生更大量的这种超流体氦,因此可以以这种方式产生比直接产生玻色 - 爱因斯坦凝聚原子更大的数量级。 “然而,超流体实际上是一种探测引力波的方法,只能通过非常复杂的计算来显示,”Schützhold说。因此,引力波微探测器在未来的某个时间仍然存在。