马克斯·普朗克学会 与他们的处女座同事一起，美国天文学会的研究人员哈拉尔德·吕克、莫里茨·麦赫迈特和亨宁·瓦赫布鲁赫在处女座引力波探测器的洁净室中安装了在汉诺威开发的压缩光源
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克尼斯佩尔/马克斯·普朗克引力物理研究所 量子力学不仅描述了世界在最小尺度上是如何工作的，还影响了宏观物体的运动
一个国际研究小组，包括四名来自德国汉诺威的阿尔伯特-爱因斯坦研究所和莱布尼茨大学的科学家，展示了他们是如何通过量子力学的精心使用来影响先进的处女座引力波探测器中重量超过40公斤的镜子的运动的
他们今天在《物理评论快报》上发表的实验的核心是一个压缩光源，由汉诺威的美国航空工业研究所开发和建造，它产生特别调谐的激光辐射，并在观测过程中提高探测器的测量灵敏度
概率和不确定性的量子力学世界也控制着千米大小的引力波探测器高级LIGO、高级处女座和GEO600的行为
这些高精度仪器对引力波的灵敏度——例如由遥远的黑洞合并引起的引力波——目前受到量子力学背景噪声的限制
海森堡的不确定性限制了探测器 在探测器中，激光被用来以最高精度测量相距数千米的镜子的相对位置
即使在没有任何引力波信号或噪声源的情况下，这些反射镜位置测量也会显示出轻微的抖动
原因是海森堡的测不准原理
根据量子力学的这一基石，两个相关量的同时测量不可能具有任意精度；它们是模糊的，或者不确定的
然而，这两个量中的一个的测量不准确性可以被降低，但是当测量另一个量时，只能以更大的不准确性为代价
在引力波探测器中，散粒噪声——随机和不规则到达的光粒子的图案——通常会减少
这种技巧是必要的，因为这种量子力学背景噪声限制了探测器在高测量频率下的灵敏度，探测器以此来探测宇宙
天下没有免费的午餐 然而，根据不确定性关系，减少散粒噪声导致辐射压力噪声增加:光粒子流推动镜子的力波动更大
结果，镜子来回移动得更多，仅仅是因为量子力学的影响
“天下没有免费的午餐:如果你用目前的压缩光源减少高频量子力学背景噪音，你就要付出代价
汉诺威航空工业研究所的研究员莫里茨·穆罕默德解释说:“这种代价是在较低的频率下量子噪声增加，从而降低了测量精度。”
GEO600中心建筑的视图，这里正在开发和测试许多先进的探测器技术
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汉诺威阿尔伯特爱因斯坦研究所 巨大的镜子在移动 到目前为止，其他技术噪声源已经隐藏了引力波探测器中辐射压力噪声的增加
直到现在，在“高级LIGO”和“高级处女座”的第三次观测期间(2019年4月至2020年3月)，利用压缩光源和减少其他噪声源进行探测才成为可能
“如果我们使用特别强的压缩光，我们可以清楚地看到高级处女座探测器中42公斤重的镜子在低频时的额外抖动，这是非常宏观的物体
这是由于量子力学效应，”汉诺威航空工业研究所的研究员亨宁·瓦赫布鲁赫说
这种新的测量方法是可能的，因为研究人员能够确定小于千分之一质子直径的镜面位置波动
以前在实验室实验中对这种效应的测量使用了比高级处女座镜轻1000万倍的质量
压缩光先锋GEO600 自2010年以来，德国-英国GEO600探测器一直使用压缩光源
GEO600在这一领域发挥了先锋作用
在第三次联合观测中(2019年4月至2020年3月底)，两个高级LIGO探测器和高级处女座探测器也使用了压缩光
在先进的处女座仪器上，一个基于GEO600测试设计的压缩光源正在使用中
在未来，压缩光源将不得不进行改进，以进一步提高引力波探测器的灵敏度
它们产生的经过仔细调谐的激光辐射不能在所有频率下都相同
必须调整它的性质，使它在高频和低频都能降低量子机械噪声
包括GEO600在内的全球引力波研究人员已经在进行这种依赖于频率的压缩的开发
两个小组在2020年春季展示了首次成功的实验演示
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