.Einstein’s Theories Come Alive: Cold Atoms Shed Light on Gravitational Waves

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아인슈타인의 이론이 살아나다: 차가운 원자가 중력파에 빛을 던지다

중력파 그림

오키나와 과학기술대학원대학교(OIST )2024년 9월 8일

중력파 그림 연구자들은 양자 응축물을 사용하여 실험실에서 중력파를 시뮬레이션하는 방법을 고안해냈으며, 이는 복잡한 우주적 현상을 연구하고 혁신적이고 학제간 연구를 통해 기본 물리학에 대한 이해를 심화하는 데 실용적인 접근 방식을 제공합니다. 연구자들은 차가운 원자를 사용하여 실험실에서 중력파를 시뮬레이션할 수 있음을 입증했습니다 .

두 개의 블랙홀이 충돌하면 마치 연못에 퍼지는 파도처럼 공간과 시간을 가로질러 잔물결을 보냅니다. 중력파로 알려진 이 잔물결은 1916년 아인슈타인이 처음 예측했고 마침내 2015년 9월 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO ) 에서 감지했습니다 . 중력파를 감지하는 것은 공학적으로 엄청난 도전입니다. 태양계만큼 큰 파동을 포착하려면 원자핵의 너비보다 작은 거리의 변화를 측정해야 합니다. 하지만 오키나와 과학기술연구소(OIST) , 도호쿠 대학 , 도쿄 대학 의 연구원들이 차가운 원자의 양자 응축을 통해 실험실 벤치에서 중력파를 시뮬레이션하는 방법을 제안했습니다.

이 과학자들은 모두 OIST의 양자 물질 이론 유닛의 현재 또는 이전 구성원이며, 그들의 연구 결과는 현재 저널 Physical Review B 에 게재되었고 , 이 논문은 편집자 선택으로 선정되었습니다. 아인슈타인의 유산과 현대의 도전 보스-아인슈타인 응축 및 스핀 네마틱스 "아인슈타인의 일반 상대성 이론은 우리가 공간과 시간에 대해 생각하는 방식을 바꾸었습니다." 연구의 수석 저자이자 단원 책임자인 닉 섀넌 교수는 이렇게 회상합니다. "이 이론은 공간이 휘어져 블랙홀을 만들 수 있고 , 진동하여 빛의 속도로 우주를 가로지르는 파동을 생성할 수 있다는 것을 우리에게 알려주었습니다.

이러한 중력파에는 우리 우주에 대한 중요한 정보가 들어 있습니다. 문제는 관찰하기가 매우 매우 어렵다는 것입니다." 과학자들은 이 과제를 해결하기 위해 미국의 LIGO, 유럽의 Virgo 간섭계, 일본의 Kamioka 중력파 검출기(KAGRA)와 같은 거대한 중력파 망원경을 만들었습니다. 하지만 지름이 수 킬로미터에 달하는 이런 기구를 사용하더라도 블랙홀 충돌과 같은 가장 격렬한 천문 현상에서 나오는 파동만 감지할 수 있습니다.

https://youtu.be/i4t66AAWM8M

스핀-네마틱 상태의 물질 내 중력파의 수치 시뮬레이션. 이러한 소용돌이가 함께 나선형으로 합쳐지면서 중력파와 수학적으로 동일한 파동을 생성합니다. 중력파는 아인슈타인이 예측한 시공간의 잔물결입니다. 출처: Chojnacki et al.

대안적인 접근 방식은 일반 상대성 이론의 다양한 측면을 모방하는 지구상의 현상을 탐구하는 것입니다. 우연히, 팀은 실험실에서 자석과 차가운 원자의 맥락에서 연구해 온 양자 현상이 중력파의 정확한 유사점을 제공할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 도쿄 대학의 한얀 교수는 "이 결과는 중요합니다."라고 말했습니다.

"훨씬 더 간단한 실험 환경에서 중력파를 시뮬레이션하고 연구하고 그 결과를 사용하여 실제 중력파를 이해하는 데 도움이 되기 때문입니다." 보스-아인슈타인 응축 및 스핀 네마틱스 중력파에 대한 예측 외에도 아인슈타인은 양자 입자의 한 유형인 보손이 냉각되면 보스-아인슈타인 응축(BEC)을 형성할 수 있는 상태로 존재할 수 있다고 예측했습니다. 즉, 입자 그룹이 완벽한 일치로 행동하는 것입니다. 이 팀은 스핀 네마틱스라고 불리는 특정 유형의 BEC에 있는 물질에 초점을 맞췄습니다. 섀넌 교수는 "네마틱 상은 우리 주변에 있습니다."라고 설명했습니다.

"스마트폰, 태블릿, 텔레비전의 액정 디스플레이(LCD)에 있습니다." LCD에서 작은 막대 모양의 분자는 균일하게 정렬되어 화면에서 빛의 흐름을 제어합니다. OIST 팀은 얼마 동안 액정의 양자 버전인 스핀 네마틱스를 연구해 왔습니다. LCD의 분자와 달리 스핀 네마틱 상태의 양자 입자는 파동을 지원하여 시스템 전체에 에너지를 전달합니다. 섀넌 교수는 "스핀 네마틱 상태의 파동 속성이 중력파의 속성과 수학적으로 동일하다는 것을 깨달았습니다."라고 말했습니다. "그리고 리코 폴레 교수와 유타카 아카기 교수와의 이전 작업 덕분에 이러한 파동을 시뮬레이션하는 방법을 알게 되었습니다."

"저는 우리가 매우 유사한 기본 수학적 구조로 서로 다른 것처럼 보이는 현상을 설명할 수 있다는 사실에 항상 매료되어 왔습니다. 저에게는 이것이 물리학에서 가장 아름다운 부분입니다." OIST 단위의 박사이자 연구의 주 저자인 Leilee Chojnacki가 말했습니다. "그래서 중력파와 차가운 원자의 양자 물리학이라는 두 가지 매우 다른 물리학 분야에서 일하고 이전에 탐구되지 않았던 방식으로 두 가지를 결합하는 것은 저에게 매우 흥미로웠습니다."

참고문헌: Leilee Chojnacki, Rico Pohle, Han Yan, Yutaka Akagi 및 Nic Shannon의 "스핀 네마틱 및 콜드 원자의 중력파 유사체", 2024년 6월 14일, Physical Review B. DOI : 10.1103/PhysRevB.109.L220407 이 연구는 오키나와 과학기술대학원대학과 일본과학진흥협회의 자금 지원을 받았습니다.

https://scitechdaily.com/einsteins-theories-come-alive-cold-atoms-shed-light-on-gravitational-waves/

mssoms 메모 2409081139

소스1. 편집
연구자들은 차가운 원자를 사용하여 실험실에서 중력파를 시뮬레이션할 수 있음을 입증했다 . 두 개의 블랙홀이 충돌하면 마치 연못에 퍼지는 파도처럼 공간과 시간을 가로질러 잔물결을 보낸다. 중력파로 알려진 이 잔물결은 1916년 아인슈타인이 처음 예측했고 마침내 2015년 9월 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO ) 에서 감지했다 . 중력파를 감지하는 것은 공학적으로 엄청난 도전입니다. 태양계만큼 큰 파동을 포착하려면 원자핵의 너비보다 작은 거리의 변화를 측정해야 한다.

ㅡ중력파의 파동의 폭은 qpeoms.smolas의 별 시스템처럼 엄청나 지구나 제임스웹이 감지하려면 파동의 미분점을 감지하는 수준이다. 허허.

스핀-네마틱 상태의 물질 내 중력파의 수치 시뮬레이션. 이러한 소용돌이가 함께 나선형으로 합쳐지면서 중력파와 수학적으로 동일한 파동을 생성한다. 중력파는 아인슈타인이 예측한 시공간의 잔물결이다.

2.
아인슈타인의 일반 상대성 이론은 우리가 공간과 시간에 대해 생각하는 방식을 바꾸었다. 이 이론은 공간이 휘어져 블랙홀을 만들 수 있고 , 진동하여 빛의 속도로 우주를 가로지르는 파동을 생성할 수 있다는 것을 우리에게 알려주었다. 이러한 중력파에는 우리 우주에 대한 중요한 정보가 들어 있다. 문제는 관찰하기가 매우 매우 어렵다는 것이다.

ㅡmsbase는 ems 상태에서 평면이지만, ms=qpeoms, 0=qp-ms 로 부터 질량을 가져온 탓이 아인쉬타인의 시공간 개념의 중력을 가지고 있어 평면이 심하게도 요철화를 가진다.

3.
팀은 실험실에서 자석과 차가운 원자의 맥락에서 연구해 온 양자 현상이 중력파의 정확한 유사점을 제공할 수 있다는 것을 깨달았다. 이 결과는 중요하다.훨씬 더 간단한 실험 환경에서 중력파를 시뮬레이션하고 연구하고 그 결과를 사용하여 실제 중력파를 이해하는 데 도움이 되기 때문이다.

ㅡ차가운 원자는 ms의 빅사이즈의 side에 머물러 있다. 우연찮게도 137억 광년의 거대해진 우주의 한구석인 지구의 실험실에서 그 차가운 원자를 만날 수 있었다. 행운이다. 어허.
그래서 양자현상이 중력파와 유사성을 보인거지. 어허.
만약에 우리가 ms의 스몰 사이즈급 우주나이 13.7억에 있었다면 그 차가운 작은 원자를 만나지 못했을거다. 뜨거운 원자만 존재할테니..그래서 더 차가운 원자로 중력파를 일상적으로 감지하려면 137조광년은 가야만 우주 아무곳에서도 전자기파처럼 응용도 가능은 할거여. 허허.

4.
보스-아인슈타인 응축 및 스핀 네마틱스
중력파에 대한 예측 외에도 아인슈타인은 양자 입자의 한 유형인 보손이 냉각되면 보스-아인슈타인 응축(BEC)을 형성할 수 있는 상태로 존재할 수 있다고 예측했다. 즉, 입자 그룹이 완벽한 일치로 행동하는 것이다.

이 팀은 스핀 네마틱스라고 불리는 특정 유형의 BEC에 있는 물질에 초점을 맞췄다. 네마틱 상은 우리 주변에 있다. 스마트폰, 태블릿, 텔레비전의 액정 디스플레이(LCD)에 있다. LCD에서 작은 막대 모양의 분자는 균일하게 정렬되어 화면에서 빛의 흐름을 제어한다. LCD의 분자와 달리 스핀 네마틱 상태의 양자 입자는 파동을 지원하여 시스템 전체에 에너지를 전달한다. 스핀 네마틱 상태의 파동 속성이 중력파의 속성과 수학적으로 동일하다는 것을 깨달았다. 그리고 이러한 파동을 시뮬레이션하는 방법을 알게 되었다.

No photo description available.

mssoms note 2409081139

Source 1. Edit
Researchers have demonstrated that gravitational waves can be simulated in the laboratory using cold atoms. When two black holes collide, they send ripples across space and time, like waves spreading across a pond. These ripples, known as gravitational waves, were first predicted by Einstein in 1916 and finally detected by the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in September 2015. Detecting gravitational waves is an enormous engineering challenge. To detect waves as large as a solar system, you have to measure changes in distance smaller than the width of an atomic nucleus.

- The width of the gravitational wave is so huge that it would take Earth or James Webb to detect the wave's differential point, like a star system in qpeoms.smolas. Hehe.

Numerical simulation of gravitational waves in a spin-nematic state of matter. As these vortices spiral together, they produce waves that are mathematically identical to gravitational waves. Gravitational waves are ripples in spacetime predicted by Einstein.

2.
Einstein's general theory of relativity changed the way we think about space and time. It taught us that space can warp to create black holes, and can vibrate to create waves that travel across the universe at the speed of light. These gravitational waves contain important information about our universe. The problem is that they are very, very difficult to observe.

ㅡmsbase is flat in the ems state, but because it has mass from ms=qpeoms, 0=qp-ms, it has gravity in Einstein's concept of spacetime, so the plane is very irregular.

3.
The team realized that a quantum phenomenon they had been studying in the lab in the context of magnets and cold atoms could provide an exact analogue of gravitational waves. This result is important because it can help us simulate and study gravitational waves in a much simpler experimental setting, and use the results to understand real gravitational waves.

ㅡCold atoms stay on the big side of ms. By chance, we were able to meet that cold atom in a laboratory on Earth, a corner of the vast universe that is 13.7 billion light years away. What luck. Oh my.
That's why quantum phenomena show similarities to gravitational waves. Oh my.
If we were in the small-sized universe of 1.37 billion microseconds, we would not have met that cold little atom. There would only be hot atoms. So, to routinely detect gravitational waves with colder atoms, we would have to go 137 trillion light years. It would be possible to apply it anywhere in the universe like electromagnetic waves. Hehe.

4.
Bose-Einstein Condensation and Spin Nematics
In addition to predicting gravitational waves, Einstein predicted that bosons, a type of quantum particle, could exist in a state where they could form a Bose-Einstein Condensate (BEC) when cooled. That is, a group of particles behave in perfect harmony.

The team focused on matter in a specific type of BEC called spin nematics. The nematic phase is all around us. It is found in liquid crystal displays (LCDs) of smartphones, tablets, and televisions. In LCDs, small rod-shaped molecules are aligned uniformly to control the flow of light on the screen. Unlike the molecules in LCDs, quantum particles in spin nematic states support waves to transfer energy throughout the system. We realized that the wave properties of spin nematic states are mathematically identical to those of gravitational waves. And we learned how to simulate these waves.

sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001

sample pms (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0

Sample msoss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca