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麻省理工学院正在建造一个可以拯救爱因斯坦遗产的穿越时间的暗物质探测器

无论如何,相对论可能不再是理论上的。

麻省理工学院的一个物理学家团队最近发表了一篇令人兴奋的研究论文,详细介绍了他们成功地使用纠缠和量子时间反转来制造深度测量的传感器

这听起来像很多科学术语,但关键是它可能会导致一个合法的暗物质探测器,这可能会彻底改变人类对一切事物的理解。

物理学是移动的目标。因为我们就像水族馆里的鱼,我们不知道我们游泳的水来自哪里,也不知道我们玻璃镶板地平线边缘的模糊图像是什么。

为了试图定义我们的现实,我们使用科学的方法、人类的想象力和大量的数学。但归根结底,任何给定的理论都只能和互补理论一样好。

例如,阿尔伯特·爱因斯坦花了很多时间把他的引力理论和艾萨克·理论协调牛顿。

在现代,物理学家继续在爱因斯坦工作,试图将他对经典物理的看法与最近与量子力学相关的发现相协调。

但有一个问题。如果我们把所有的主要理论都粉碎在一起,我们最终会得到一幅不完整的画面。要么宇宙的大部分是由我们还没有弄清楚如何观察或测量的东西组成的,要么爱因斯坦错了。

缺失的东西被称为暗物质,围绕它的理论可以说是现代物理学中宇宙组成最被接受的理论。

麻省理工学院的研究目标是建立更准确的原子钟,为更好的量子传感铺平道路。

根据团队的研究论文:

潜在的应用包括有限带宽下运行的量子传感器。我们展示的原理还可以促进量子工程、量子测量和使用光学跳跃原子钟寻找新物理。

但突破量子测量的极限并不容易。我们正在讨论的传感器旨在测量单个原子微小的内部振动。

我们对这些振动的测量越有限,我们就能收集到更多关于宇宙的信息。

根据麻省理工学院的新闻稿:

给定类型的原子以特定和恒定的频率振动。如果测量得当,可以作为非常精确的钟摆……但在单个原子的尺度上,量子力学定律被接管,原子的振荡变化就像每次翻转硬币的表面。

由于量子世界不遵守经典的物理定律,本质上很难进行量子测量。

想象一下,当它还在空中的时候,你扔硬币并拍下它的照片。在图像中,硬币是完全水平的,所以你不能确定它更有可能落在前面或后面。

在古典世界里,你可以等待硬币着陆。为了衡量结果,你所要做的就是往下看。而且,只要硬币不受干扰,你就可以随心所欲。

但量子世界的运作方式有点不同。想象一下,你把硬币扔到空中,拍同样的照片,但在你的眼睛注意到硬币在空中运动之前,它会重置,你不确定它在哪里。

此外,由于这是科学研究中最具讽刺意味的领域,量子物理的奇怪本质既是问题,也是解决方案。

科学家们不得不想出一种方法来争取一些时间,因为硬币经历了量子冲击太快了。

不幸的是, 有一条规则称为标准量子极限

如果您不能制作更好的测量工具,请使用量子力学来增加您正在测量的信号。

麻省理工学院的研究人员使用量子纠缠和量子时间反转来放大信号,并允许在给定的实验期间进行更多的测量。

根据新闻稿:

该团队使用激光系统捕获原子,然后发出蓝色的纠缠光,迫使原子在相关状态下振荡。它们使纠缠的原子及时进化,然后暴露在一个小磁场中,引入小量子变化,稍微改变原子的集体振荡。

这种变化是不可能用现有的测量工具检测到的。相反,团队反转应用时间来增强量子信号。为了做到这一点,他们发送了另一个红色激光来刺激原子解开,就像他们在时间上倒退一样。

基本上,这意味着研究人员同时将两枚硬币扔到空中,并使用量子纠缠迫使它们进入一个范式,其中一个发生的任何事情都会发生在另一个身上。

然后,科学家们用磁场击中硬币,从本质上逆转时间,并允许它们两次测量方向

它比实际原子复杂,但硬币类比抓住了要点。

太棒了!科学家们想出了如何扰动原子,让它们振动到足以让我们检测到它。在野外,检测这种水平扰动的能力可以测量隐藏的引力场。

这意味着这些技术可以合法地导致一个完整的暗物质探测器。

从理论上讲,暗物质粒子应该在整个宇宙中无处不在。当你读到这篇文章时,它们可能会从你身上弹起飞过你?

如果科学家们能够将量子传感的极限推到这样的程度,以至于他们能够检测到暗物质粒子与常规原子相互作用时发生的原子振动的微小变化,我们可能最终会证实爱因斯坦的理论。

标签: 振荡极限状态传感器

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