本文摘自《Discover》年度科学现状特刊，标题为“微小涨落引发的巨大兴奋”。订阅我们的订阅，支持我们的科学新闻报道。
先进激光干涉引力波天文台（LIGO）可以测量穿越宇宙的巨大时空涟漪。但在2019年，物理学家们用它做了另一件事：测量量子尺度上的涨落，这些涨落导致探测器超灵敏镜子发生抖动。他们于7月在《Nature》杂志上发表了他们的报告。
物理学家Haocun Yu（来自麻省理工学院Kavli研究所，参与了该项目）表示，理论家们早就预测了光与物质界面上这种行为的存在，但这项研究是“首次在如此大的尺度和室温下通过实验证明了这一点”。这也是科学家们首次量化这些量子效应。他们说，这些测量将改进引力波探测器以及其他受量子噪声影响的仪器。
根据量子力学，亚原子领域充斥着粒子不断地出现和消失，这种现象产生了这些涨落。物理学家兼麻省理工学院科学学院院长Nergis Mavalvala（也参与了新实验）将这些涨落称为“宇宙诡异的爆米花”。（“诡异”源于阿尔伯特·爱因斯坦，他曾将量子纠缠称为“鬼魅般的超距作用”。）由于这种“爆米花”无处不在，它会影响到寻找引力波等宏观事物所需的测量。
Mavalvala的团队着手测量和控制这些量子效应，以期改进引力波探测。部署在路易斯安那州和华盛顿州隧道的先进LIGO，通过测量激光到达远方镜子所需的时间来工作。引力波——来自中子星碰撞，或黑洞吞噬普通恒星时——会改变激光旅行的速度。
LIGO于2007年开始观测，2015年升级为先进LIGO，几乎立即探测到了它的第一个引力波。但先进LIGO非常灵敏，以至于它的测量会被量子涨落所干扰。因此，Yu说，通过控制这些超精细的运动，科学家们可以消除更多的这种噪声，从而更好地探测引力波。
麻省理工学院的团队使用了一种名为量子“压缩器”的工具来降低噪声。在没有引力波的情况下，使用压缩器，物理学家们报告说，他们能够以惊人的精度测量量子涨落：镜子只移动了约10^-20米，这接近于质子直径的1/100,000。这与理论预测相符，但这是同类测量中的首次。
研究人员表示，在未来的观测中，量子压缩器将有助于先进LIGO探测到来自更遥远宇宙源的时空涟漪。
