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 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.

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.