.Gravitational wave scientists set their sights on dark matter
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.Gravitational wave scientists set their sights on dark matter
중력파 과학자들은 암흑 물질에 눈을 떴다
에 의해 카디프 대학 그림 1: 수정된 LPSD 기술을 사용하여 예상되는 암흑 물질 선폭으로 조정된 주파수 빈으로 생성된 일반적인 진폭 스펙트럼. 검은색 선은 진폭 스펙트럼을 나타냅니다. 노이즈 스펙트럼은 인접 빈의 각 주파수 빈에서 추정되어 로컬 노이즈 중앙값(파란색)과 95% 신뢰 수준(CL, 녹색)을 산출했습니다. 이 신뢰 수준보다 높은 피크(빨간색)는 암흑 물질 신호의 후보로 간주되어 추가 분석되었습니다. 신용: DOI: 10.1038/s41586-021-04031-y DECEMBER 16, 2021
세기의 가장 큰 과학적 혁신 중 하나인 중력파 탐지의 이면에 있는 기술은 이제 암흑 물질에 대한 오랜 연구에 사용되고 있습니다. 우주의 모든 물질의 약 85%를 구성하는 것으로 생각되는 암흑 물질 은 직접 관찰된 적이 없으며 현대 물리학에서 가장 큰 미해결 미스터리 중 하나로 남아 있습니다. 이미 여러 뛰어난 발견을 통해 입증된 극도로 민감한 탐지기 를 사용할 수 있으므로 과학자들은 기존 중력파 기술이 마침내 이국적인 물질을 발견하고 그것이 무엇으로 만들어졌는지 알아낼 수 있는 진정한 잠재력을 가지고 있다고 믿습니다.
오늘 Nature에 발표된 연구 에서 Cardiff University의 Gravity Exploration Institute의 과학자들이 이끄는 팀은 레이저 간섭계로 알려진 기기를 사용하여 처음으로 새로운 종류의 암흑 물질을 찾아 이 목표를 향한 첫 걸음을 내디뎠습니다. 시각. 최근까지 암흑 물질은 무거운 소립자로 구성되어 있다고 널리 믿어졌습니다. 이들은 수많은 노력에도 불구하고 발견되지 않았으며 과학자들은 이제 암흑 물질을 설명하기 위해 대안 이론으로 눈을 돌리고 있습니다.
-최근 이론에 따르면 암흑 물질은 실제로 스칼라장(scalar field)이라고 불리는 것으로, 우리 은하를 포함하여 은하 주위를 튀는 보이지 않는 파도처럼 행동합니다. 조사를 주도한 카디프 대학 중력탐사연구소의 하트무트 그로테 교수는 "처음에는 중력파 탐지용으로 설계됐지만 우리의 장비가 이 새로운 종류의 암흑물질을 찾는 데 사용될 수 있다는 것을 깨달았다"고 말했다. 레이저 간섭계 내에서 두 개의 광선이 감지기에서 만나기 전에 거울 사이에서 반사됩니다.
이를 통해 과학자들은 광선이 서로 얼마나 동기화되지 않았는지 매우 정확하게 측정할 수 있습니다. LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)는 미국에 위치한 2개의 간섭계로 구성되어 있으며 각각 2개의 4km 길이 암이 "L"자 형태로 배열되어 있으며 2015년 처음으로 중력파를 감지하는 데 사용되었습니다. , 그리고 그 이후로 여러 번. Grote가 2009년부터 2017년까지 수석 과학자였던 독일의 영국/독일 GEO 600 탐지기는 또 다른 매우 민감한 간섭계이며 중력파 탐지에 필요한 많은 기술을 개발하는 데 사용되었습니다 . GE0600 검출기는 이 연구에서 암흑 물질을 특별히 찾기 위해 처음으로 사용되었습니다.
카디프 대학 중력탐사연구소의 샌더 베르뮐렌(Sander Vermeulen) 수석 연구원은 "스칼라 장 암흑 물질 파동은 지구와 우리의 장비를 바로 통과할 것이지만 그렇게 하면 거울과 같은 물체가 아주 약간 진동하게 될 것"이라고 말했다. "거울의 진동은 GEO600이나 LIGO 감지기와 같은 기기 의 광선을 암흑 물질의 특정 방식으로 방해할 수 있습니다. 이는 암흑 물질의 정확한 특성에 따라 우리가 감지할 수 있어야 하는 것입니다." 암흑 물질이 직접 감지된 적은 없지만 과학자들은 우주에 있는 물체에 대한 중력 효과 때문에 암흑 물질이 존재한다고 의심하고 있습니다.
예를 들어, 많은 양의 보이지 않는 물질은 은하가 회전하는 것처럼 회전하는 이유와 처음에 어떻게 형성될 수 있었는지 설명할 수 있습니다. 팀은 이 새로운 연구에서 어떤 종류의 탐지에도 실패했지만 이 기술을 암흑 물질 검색에 도입한다는 점에서 중요한 첫걸음을 내디뎠고 향후 연구를 위해 특정 매개변수를 좁히는 측면에서 이미 진전을 이루었다고 말합니다. Grote 교수는 "원래 완전히 다른 목적으로 제작되었을 때 암흑 물질을 사냥하는 데 도구가 얼마나 민감한지 놀랐습니다."라고 말했습니다.
Vermeulen은 "우리는 암흑 물질이 특정 속성을 가지고 있다는 일부 이론을 완전히 배제했기 때문에 향후 검색에서 무엇을 찾아야 하는지 더 잘 알 수 있습니다."라고 말했습니다. "우리는 이 새로운 기술이 미래의 어느 시점에서 암흑 물질 을 발견할 수 있는 진정한 잠재력을 가지고 있다고 믿습니다 ."
추가 탐색 신비한 구름은 암흑 물질에 대한 새로운 단서를 제공할 수 있습니다 추가 정보: Sander M. Vermeulen et al, 중력파 검출기의 스칼라 필드 암흑 물질에 대한 직접 한계, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-04031-y 저널 정보: 네이처 카디프 대학교 제공
https://phys.org/news/2021-12-gravitational-scientists-sights-dark.html
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메모 2112172041 나의 사고실험 oms 스토리텔링
왜 암흑물질이 관측되지 않나? 그물질은 관측이 불가한 구역에 있다는 사실도 중요한 이유이다. 샘플1.oms영역 외부에 암흑물질이 있다고 정의했다. 그러나 그 외부에 질량 1이 있고 전체집합은 oms=1의 상태이다. 보이지 않는 지역에 어디에 1이 있든지 상관할 바 없이 전체적으로 oms상태만으로도 암흑물질은 존재해야만 우주의 중력이 균형을 잡는거다. 허허.
Sample 1.2 quasi oms (standard)
0100000010
0010000100
0001000001
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2000000000
0000001001
Sample 1.oms (standard)
b0acfd 0000e0
000ac0 f00bde
0c0fab 000e0d
e00d0c 0b0fa0
f000e0 b0dac0
d0f000 cae0b0
0b000f 0ead0c
0deb00 ac000f
ced0ba 00f000
a0b00e 0dc0f0
0ace00 df000b
0f00d0 e0bc0a
sample 2. oss (standard)
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
-Recent theory suggests that dark matter is actually something called a scalar field, which behaves like an invisible wave bouncing around galaxies, including our own. "It was initially designed to detect gravitational waves, but we realized that our equipment could be used to find this new kind of dark matter," said Hartmut Grote, a professor at Cardiff University's Center for Gravitational Probing, who led the investigation. Within a laser interferometer, two light rays are reflected between mirrors before they meet at the detector.
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memo 2112172041 my thought experiment oms storytelling
Why is dark matter not observed? The fact that the material is in an unobservable zone is also an important reason. Sample 1. We defined that there is dark matter outside the oms region. However, there is mass 1 outside it, and the whole set is in the state of oms=1. Regardless of where the 1 is in the invisible region, dark matter as a whole must exist in the oms state to balance the gravitational force of the universe. haha.
Sample 1.2 quasi oms (standard)
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Sample 1.oms (standard)
b0acfd 0000e0
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d0f000 cae0b0
0b000f 0ead0c
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ced0ba 00f000
a0b00e 0dc0f0
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0f00d0 e0bc0a
sample 2. oss (standard)
zxdxybzyz
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xxbyyxzzx
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.A quantum view of 'combs' of light
빛의 '빗'에 대한 양자적 관점
에 의해 스탠포드 대학 Stanford Nano Shared Facility에서 주사 전자 현미경을 통해 본 Vučković 연구소에서 개발한 탄화규소 마이크로링. 크레딧: Vučković 연구소 DECEMBER 16, 2021
일상 생활에서 우리를 둘러싸고 있는 빛에 의해 생성되는 주파수의 뒤죽박죽과 달리 "솔리톤" 주파수 빗으로 알려진 특수 광원의 각 빛의 주파수는 일제히 진동하여 일관된 타이밍으로 고독한 펄스를 생성합니다.
빗의 각 "치아"는 다른 색상의 빛 으로 매우 정확하게 간격을 두고 있으므로 이 시스템은 모든 현상과 특성을 측정하는 데 사용됩니다. 현재 개발 중인 이 빗의 소형화 버전(마이크로콤)은 GPS 시스템, 통신, 자율 차량, 온실 가스 추적, 우주선 자율성 및 초정밀 시간 기록을 비롯한 수많은 기술을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. Stanford University 전기 엔지니어 Jelena Vučković의 연구실은 최근에야 마이크로콤 커뮤니티에 합류했습니다. "많은 그룹이 최근 우리 팀의 탄화규소를 포함하여 다양한 재료로 온칩 주파수 빗을 시연했습니다. 그러나 지금까지 주파수 빗의 양자 광학적 특성은 파악하기 어려웠습니다."라고 Jensen Huang 교수인 Vučković가 말했습니다.
공학부의 글로벌 리더십 및 스탠포드 전기 공학 교수. "우리는 솔리톤 마이크로콤의 양자 특성을 연구하기 위해 우리 그룹의 양자 광학 배경을 활용하고 싶었습니다." 솔리톤 마이크로콤은 다른 연구실에서 만들어졌지만, 스탠포드 연구원은 12월 16일 Nature Photonics 에 발표된 논문에서 설명된 프로세스를 사용하여 시스템의 양자 광학 특성을 조사한 최초의 연구자 중 하나 입니다. 쌍으로 생성될 때 마이크로콤 솔리톤은 얽힘을 나타내는 것으로 생각됩니다.
입자 간의 관계는 믿을 수 없는 거리에서도 서로 영향을 미칠 수 있으며, 이는 양자 물리학에 대한 우리의 이해를 뒷받침하고 제안된 모든 양자 기술의 기초입니다. 우리가 일상적으로 접하는 대부분의 "고전적인" 빛은 얽힘을 나타내지 않습니다. "이것은 이 소형화된 주파수 빗 이 칩에서 흥미로운 양자 광(비고전적 광)을 생성할 수 있다는 첫 번째 시연 중 하나입니다. . "그것은 대규모 실험을 위한 주파수 빗과 광자 집적 회로를 사용하여 양자 광의 더 넓은 탐구를 향한 새로운 경로를 열 수 있습니다." 도구의 유용성을 입증하면서 연구원들은 또한 이론화되고 가정되었지만 기존 연구에 의해 아직 입증되지 않은 솔리톤 마이크로콤 내 양자 얽힘에 대한 설득력 있는 증거를 제공했습니다.
나노스케일 및 양자 광자 연구실의 대학원생이자 이 논문의 공동 저자인 Melissa Guidry는 "솔리톤은 고도로 연구된 시스템이기 때문에 양자 컴퓨팅에 유용하게 사용되는 것을 보고 싶습니다."라고 말했습니다. "현재 우리는 저전력으로 칩에 솔리톤을 생성하는 많은 기술을 보유하고 있으므로 이를 사용하여 얽힘이 있음을 보여줄 수 있다는 것은 흥미로울 것입니다."
주파수 빗과 그것을 생성하는 솔리톤이 있는 마이크로링의 개념도. 주파수 빗 다이어그램은 가간섭성 광 치아와 이러한 치아 사이의 양자 광을 모두 보여줍니다. 크레딧: Vučković 연구소
치아 사이 전 스탠포드 물리학 교수인 Theodor W. Hänsch는 최초의 주파수 빗을 개발한 공로로 2005년 노벨상을 수상했습니다. Hänsch가 연구한 것을 만들려면 복잡한 탁상 크기의 장비가 필요합니다. 대신, 이 연구원들은 시스템의 모든 부분이 단일 장치에 통합되고 마이크로칩에 맞도록 설계된 새로운 "마이크로" 버전에 초점을 맞추었습니다. 이 디자인은 비용, 크기 및 에너지를 절약합니다. 미니어처 빗을 만들기 위해 연구원 들은 실리콘 카바이드의 미세한 링을 통해 레이저 광 을 펌핑합니다 (이는 Stanford Nano Shared Facility와 Stanford Nanofabrication Facility의 자원을 사용하여 공들게 설계 및 제작되었습니다).
링 주위를 여행하면서 레이저는 강도를 높이고 모든 것이 잘되면 솔리톤이 탄생합니다. 나노스케일 및 양자 광자 연구실의 대학원생인 다닐 루킨(Daniil Lukin)은 "이 화려하고 복잡한 기계를 사용하는 대신 레이저 펌프와 아주 작은 원을 사용하여 동일한 종류의 특수 빛을 생성할 수 있다는 것은 매우 흥미로운 일입니다."라고 말했습니다. 그리고 논문의 공동 저자. 그는 칩에 마이크로 빗을 생성함으로써 치아 사이의 넓은 간격을 가능하게 했으며, 이는 빗의 미세한 세부 사항을 볼 수 있는 한 단계라고 덧붙였습니다. 다음 단계는 빛의 단일 입자를 감지하고 마이크로 링을 여러 개의 솔리톤으로 포장하여 솔리톤 결정을 생성할 수 있는 장비와 관련되었습니다.
" 솔리톤 크리스탈을 사용하면 치아 사이에 실제로 더 작은 빛의 펄스가 있음을 알 수 있습니다. 이는 얽힘 구조를 추론하기 위해 측정한 것입니다."라고 Guidry는 설명했습니다. "검출기를 거기에 주차하면 치아를 구성하는 가간섭성 빛으로 가려지지 않고 흥미로운 양자 거동을 잘 볼 수 있습니다." 이 시스템의 양자 측면에 대한 최초의 실험적 연구 중 일부를 수행하는 것을 보고 연구원들은 복잡한 양자 시스템을 설명하는 지름길로 일반적으로 사용되는 선형화 모델이라는 이론적 모델을 확인하기로 결정했습니다.
그들은 비교를 실행했을 때 실험이 이론과 매우 잘 일치한다는 사실을 알고 놀랐습니다. 그래서 그들은 마이크로콤이 양자 얽힘을 가지고 있다는 것을 아직 직접적으로 측정하지는 않았지만 그 성능이 얽힘을 암시하는 이론과 일치한다는 것을 보여주었습니다. Lukin은 "이제 이 시스템으로 이론을 실험적으로 검증할 수 있기 때문에 이론가들이 더 많은 이론을 수행할 수 있는 문이 열릴 것이라는 메시지가 중요합니다."라고 말했습니다. 양자 얽힘 증명 및 사용 데이터 센터의 마이크로콤 은 데이터 전송 속도를 높일 수 있습니다. 위성에서 더 정확한 GPS를 제공하거나 멀리 있는 물체의 화학적 구성을 분석할 수 있습니다.
Vučković 팀은 솔리톤이 생성되자마자 고도로 얽힐 것으로 예측되기 때문에 특정 유형의 양자 컴퓨팅에서 솔리톤의 잠재력에 특히 관심이 있습니다. 플랫폼과 양자 관점에서 이를 연구할 수 있는 능력을 통해 Nanoscale 및 Quantum Photonics Lab 연구원은 다음에 할 수 있는 일에 대해 열린 마음을 유지하고 있습니다. 그들의 아이디어 목록의 맨 위에는 양자 얽힘을 결정적으로 증명하는 시스템에서 측정을 수행할 가능성이 있습니다. 추가 탐색 칩 기반 양자 마이크로콤은 광학 필드 사이의 얽힘을 생성합니다.
추가 정보: Jelena Vučković, 솔리톤 마이크로콤의 양자 광학, Nature Photonics (2021). DOI: 10.1038/s41566-021-00901-z . www.nature.com/articles/s41566-021-00901-z 저널 정보: 네이처 포토닉스 스탠포드 대학교 제공
https://phys.org/news/2021-12-quantum-view.html
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