Nepatrné kvantové fluktuace mohou nakopnout masivní objekty  
Všude kolem nás se nenápadně zjevují virtuální částice a pak zase ihned mizí. Významně se podílejí na tvorbě kvantového šumu. Když na to ale přijde, tak kvantové fluktuace pohnou i 40kilogramovým zrcadlem v gravitační observatoři LIGO. Fyzici teď poprvé změřili, že se takové zrcadlo pohne asi o 10 na mínus dvacátou metru.
Údržba jednoho ze zrcadel gravitační observatoře LIGO. Kredit: Matt Heintze/Caltech/MIT/LIGO Lab.
Údržba jednoho ze zrcadel gravitační observatoře LIGO. Kredit: Matt Heintze/Caltech/MIT/LIGO Lab.

Stále jsme zvyklí, že kvantové jevy se odehrávají v mikrosvětě atomů a subatomárních částic. Optikou kvantové mechaniky je vesmír plný virtuálních částic, které se všude kolem zjevují jako duchové a v příštím okamžiku zase mizí zpět do nebytí. Tak vzniká všudypřítomný kvantový šum, který obvykle považuje za příliš slabý na tom, aby se projevil v makroskopickém měřítku. Jak se ale ukazuje, nepatrné kvantové chvění může občas prosáknout do světa pořádně velkých objektů.

 

Haocun Yu. Kredit: MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.
Haocun Yu. Kredit: MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.

Haocun Yu z amerického MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research a její kolegové nedávno poprvé detekovali působení kvantových fluktuací na objekty o velikosti, která zapadá do naší každodenní zkušenosti. V časopise Nature v těchto dnech publikovali pozorování, jak zcela nepatrné kvantové fluktuace „nakoply“ objekt o hmotnosti 40 kilogramů.

 

Šlo o zrcadla umístěná v gravitační observatoři Advanced LIGO. Kvantové chvění s nimi pohne jen o nesmírně malý kus, ale zrovna v gravitační observatoři jsou takové změny „vidět“, takže je Yu a spol. mohli vůbec poprvé změřit. Ukázalo se, že se 40kilogramová zrcadla pohnou o cca 10-20 metru. Kvantová mechanika ve skutečnosti pohyb v tomto měřítku pro objekty této velikosti předpovídá. Zatím to ale nikdo nezměřil.

 

Gravitační observatoře: Vlevo nahoře LIGO Hanford, vpravo nahoře japonská KAGRA, vlevo dole LIGO Livingston a vpravo dole Virgo. Kredit: ICRR, Univ. of Tokyo/LIGO Lab/Caltech/MIT/Virgo Collaboration.
Gravitační observatoře: Vlevo nahoře LIGO Hanford, vpravo nahoře japonská KAGRA, vlevo dole LIGO Livingston a vpravo dole Virgo. Kredit: ICRR, Univ. of Tokyo/LIGO Lab/Caltech/MIT/Virgo Collaboration.

Jak podotýkají autoři studie, atom vodíku má velikost zhruba 10-10 metru, čímž je napůl cesty mezi námi a pohybem dotyčných zrcadel vyvolaným kvantovými jevy. Když Yu a její spolupracovníci změřili pohyb zrcadel vyvolaný kvantovým šumem, tak použili speciální nástroj vlastní výroby, kterému říkají kvantové mačkadlo (quantum squeezer).

 

S pomocí tohoto nástroje úspěšně ovlivňovali kvantovým šum gravitační observatoře a tím i omezovali kvantové „kopance“ do ultracitlivé aparatury gravitační observatoře. Podle Yu je to cesta, jak ještě zlepšit citlivost gravitační observatoře LIGO v detekci gravitačních vln. LIGO by pak mohlo detekovat ještě slabší gravitační vlny, které k nám přilétají ze vzdálenějších zdrojů.

 

Literatura

MIT News 1. 7. 2020.

Nature 583: 43–47.

Datum: 02.07.2020
Tisk článku

Co je život? - Pross Addy
 
 
cena původní: 199 Kč
cena: 199 Kč
Co je život?
Pross Addy
Související články:

Kvantová superpozice vstupuje do makrosvěta     Autor: Stanislav Mihulka (29.12.2015)
Fyzici pořídili úplně první snímek kvantového entanglementu     Autor: Stanislav Mihulka (13.07.2019)
2 000 Schrödingerových koček prolomilo rekord v kvantové superpozici     Autor: Stanislav Mihulka (05.10.2019)



Diskuze:

Nevěřím

Josef Sysel,2020-07-04 14:37:59

Fakt tomu někdo věří? Jak je to zrcadlo umístěno? Nebo plave v magnetickém poli nebo jak? Jak se měří ten rozdíl .....?

Odpovědět


Re: Nevěřím

Michal Haltuf,2020-07-08 09:05:22

Ano, věřím. Nebudu tu předstírat, že tomu nějak extra rozumím, ale přijde mi, že je to jeden z těch případů, kdy "výcuc pro novináře", ze kterého čerpá i článek na Oslu, je úplně mimo obsah abstraktu i samotné práce.

Originální článek je za paywallem, přestože byl výzkum financován z veřejných zdrojů, ale lze ho najít na populárním preprintovém serveru.

Odpovědět

Jak to měřili?

Vojtěch Běhunčík,2020-07-02 15:43:35

10^-20 by už je pod rozlišovací schopností samotného LIGO Livingston.
https://www.ligo.caltech.edu/LA/page/ligo-technology

Odpovědět


Re: Jak to měřili?

Vojtěch Běhunčík,2020-07-02 15:53:32

Příliš se o tom nerozšiřují:
... the team has made a measurement more precise than the standard quantum limit, reducing that noise in a way that will ultimately help LIGO to detect fainter, more distant sources of gravitational waves.
...
---
https://www.ligo.caltech.edu/LA/news/ligo20200701

Odpovědět

Dá,

Vladimír Bzdušek,2020-07-02 15:37:43

podľa článku je totiž 10E-10 polovica z 10E-20. A to sa oplatí ...

Odpovědět


Re: Dá,

Václav Dvořák,2020-07-02 21:51:03

Když někdo myslí logaritmicky, tak asi ano :)))

Odpovědět


Re: Re: Dá,

Pop Ulides,2020-07-05 22:33:34

Logarirmicky ... nelogaritmicky... polovina je jednou polovina!

Odpovědět


Re: Re: Re: Dá,

Pop Ulides,2020-07-05 22:35:00

ať už je to ta větší nebo ta menší...

Odpovědět

10 na mínus 20

Tomáš Novák,2020-07-02 14:00:49

Dá se to nějak přiblížit, aby si to lidský mozek dokázal představit?

Odpovědět


Re: 10 na mínus 20

Vladimír Bzdušek,2020-07-02 15:38:48

Dá, podľa článku je totiž 10E-10 polovica z 10E-20. A to sa oplatí ...

Odpovědět


Re: Re: 10 na mínus 20

Karel Rys,2020-07-02 21:51:29

Představte si to na logaritmické škále a nemusíte tu tapetovat ;-)

Odpovědět


Re: 10 na mínus 20

Pavel Hudecek,2020-07-02 18:59:03

Dá se to napsat v desetinném tvaru, ale to jen znepřehlední:-)
0,00000000000000000001
Taky se dá říct, že je to 1/100 000 000 000 000 000 000 tedy česky jedna stotriliontina. Název čísla vychází z toho, že začíná 100 a pokračuje třemi šesticemi nul.

- Milimetry snad známe. Pak s krokem 3 řádů následuje mikro (µ), nano, piko, femto, atto, zepto, yokto
- Vlny viditelného světla mají cca 0,4-0,7 µm, tedy 0,7e-6 m, necelý mikrometr, miliontina metru.
- Malý atom má průměr několik desetin nm, tedy několik 1e-10 m, desetin nanometru, desetimiliardtin metru.
- Atomové jádro má řádově fm, 1e-15 m, femtometr, biliardtina metru.
- O dalších 5 řádů dále kýžených 1e-20 m, 10 zm, 10 zeptometrů, což je +/- řádový autobus pozorovaná velikost elektronu.
- Ale nelze vyloučit, že elektron je limitně bodový, resp. že má planckovu velikost, tedy 1,6e-35 m, česky 16 sextiliontin metru.

Odpovědět


Re: Re: 10 na mínus 20

Michal Bronec,2020-07-03 08:05:40

Pěkně vysvětlené, líbí. Jen jsem se domníval, že Planckova konstanta je něco, kde se říká, že už nemůže být "bod" menšího rozměru, že je to už minimum vesmírného prostoru a není už možné uvažovat o menších a menších strukturách.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace