伯克利物理学家证明这个空间不会被挤压

浏览次数:22 时间:1970-01-01

/ 使用部分纠缠原子,加州大学伯克利分校物理学家的一项新实验证明,前所未有的空间看起来在所有方向都相同。 /

伯克利 - 自1905年爱因斯坦提出他的狭义相对论以来,物理学和宇宙学一直是基于这样的假设:空间在各个方向看起来都是一样的 - 即它不会相对于另一个方向受到挤压。

加州大学伯克利分校物理学家的一个新实验使用了部分纠缠原子 - 与量子计算机中的量子位相同 - 比以往任何时候都更精确地证明这是真实的,达到十亿分之一。

激发阿尔伯特爱因斯坦的经典实验是在1887年由阿尔伯特·迈克尔森和爱德华·莫利在克利夫兰完成的,并且推翻了“以太”渗透空间的存在,光被认为是像波浪一样在水中移动。它也证明了这一点,加州大学伯克利分校助理教授哈特穆特哈夫纳说,空间是各向同性的,光线以相同的速度向上,向下和侧向传播。

“迈克尔逊和莫利证明,空间不被挤压,”海夫纳说。 “这种各向同性是所有物理学的基础,包括物理学的标准模型。如果拿走各向同性,整个标准模型将崩溃。这就是为什么人们有兴趣测试这个。“

粒子物理的标准模型描述了所有基本粒子如何相互作用,并要求所有粒子和场在洛伦兹变换下是不变的,特别是无论他们移动什么方向,它们都表现相同。

Häffner和他的团队进行了一个类似于迈克尔逊 - 莫雷实验的实验,但用电子代替光子。在真空室中,他和他的同事分离出两个钙离子,如量子计算机中那样部分缠绕它们,随着地球旋转24小时,监测离子中的电子能量。

如果空间受到一个或多个方向的挤压,电子的能量将随着12小时的时间而变化。事实并非如此,表明这个空间实际上是各向同性的,达到十亿分之一亿分之一(1018),比以前的电子实验好100倍,比迈克尔逊和莫利等使用光的实验好五倍。

他说,结果反驳了至少一种通过假设空间各向异性来扩展标准模型的理论。

Häffner和他的同事,包括现在在日本埼玉量子计量实验室的前研究生Thaned Pruttivarasin,在1月29日的“自然”杂志上报告了他们的发现。

纠缠的量子比特

Häffner提出了在构建量子计算机时使用纠缠离子来测试空间各向同性的想法,这涉及到使用电离原子作为量子位或量子位,纠缠他们的电子波函数,并迫使他们发展到做不可能的计算今天的数字电脑。他想到两个纠缠的量子位可以作为太空中轻微干扰的敏感探测器。

“我想做这个实验,因为我认为它很优雅,将我们的量子计算机应用到完全不同的物理领域将是一件很酷的事情,”他说。 “但我认为我们不会与在这个领域工作的人进行实验相比。那完全是出于蓝色。“

他希望能够使用其他离子(如镱)的更灵敏的量子计算机检测器在洛伦兹对称性的精确测量方面再增加10,000倍。他还与同事一起探索未来的实验,以检测暗物质粒子的影响所造成的空间扭曲,尽管它包含了27%的宇宙质量,但它仍然是一个完整的谜团。

Häffner说:“我们第一次使用量子信息工具来进行基本对称性测试,也就是说,我们设计了一种量子态,它对普遍存在的噪音免疫,但对洛伦兹违反效应敏感。” “我们很惊讶实验刚刚开始,现在我们有了一个非常棒的新方法,可以用来对空间扰动进行非常精确的测量。”

其他合着者还包括加州大学伯克利分校研究生Michael Ramm,劳伦斯利弗莫尔国家实验室前加州大学伯克利分校博士后Michael Hohensee,特拉华大学和马里兰大学的同事以及俄罗斯的研究机构。这项工作得到了国家科学基金会的支持。

出版物:T.Puttivarasin等人,“Michelson-Morley analogue for electron using trapped ion to test Lorentz symmetry,”Nature 517,592-595(2015年1月29日); DOI:10.1038 / nature14091

PDF研究副本:电子的洛伦兹对称性的迈克尔逊 - 莫雷测试

资料来源:加州大学伯克利分校罗伯特桑德斯

图片:Hartmut Haeffner

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