来自南极的中微子悄悄揭开量子引力的秘密

来自南极的中微子悄悄揭开量子引力的秘密 哥本哈根大学尼尔斯-玻尔研究所（NBI）的一个团队参与开发了利用中微子数据揭示量子引力是否存在的方法。冰立方中微子天文台俯瞰图，该天文台埋藏在南极南极冰层下 1.5 至 2.5 千米深处。冰立方实验室是地表以上唯一可见的设备，里面的计算机负责收集冰层中 5000 多个光传感器的数据。图片来源：冰立方合作组织/NSF"如果我们相信量子引力确实存在，这将有助于把目前物理学中的两个世界统一起来。今天，经典物理学描述了我们周围的现象，如万有引力，而原子世界只能用量子力学来描述。量子理论和引力的统一仍然是基础物理学中最突出的挑战之一。如果我们能为此做出贡献，那将会非常令人满意，"NBI 助理教授 Tom Stuttard 说。最后，DOM 降入阵列，开始采集数据。资料来源：马克-克拉斯伯格，冰立方/NSFTom Stuttard 是著名期刊《自然物理》（Nature Physics）今天发表的一篇科学文章的共同作者。文章介绍了 NBI 团队和美国同事进行的一项大型研究的结果。已经对 30 多万个中微子进行了研究。然而，这些中微子并不是源自深空的最有趣类型的中微子。这项研究中的中微子是在地球大气层中产生的，因为来自太空的高能粒子与氮或其他分子发生了碰撞。"研究源自地球大气层的中微子有一个实际优势，那就是它们比来自外太空的同类中微子要常见得多。我们需要许多中微子的数据来验证我们的方法。现在我们已经做到了这一点。因此，我们已经准备好进入下一阶段，研究来自深空的中微子。"Tom Stuttard，NBI 助理教授。资料来源：NBI冰立方中微子天文台位于南极洲阿蒙森-斯科特南极站旁边。与大多数其他天文学和天体物理学设施相比，冰立方中微子天文台最适合观测地球另一侧（即北半球）的空间。这是因为，虽然中微子完全能够穿透我们的星球，甚至穿透其炙热、致密的内核，但其他粒子会被阻挡，因此来自北半球的中微子信号要干净得多。冰立方设施由美国威斯康星大学麦迪逊分校运营。来自世界各国的 300 多名科学家参与了冰立方合作。哥本哈根大学是拥有冰立方中微子研究中心的 50 多所大学之一。由于中微子不带电荷，几乎没有质量，因此不受电磁力和强核力的干扰，能够以原始状态在宇宙中旅行数十亿光年。问题的关键在于，中微子在远距离传播过程中，其特性实际上是完全不变的，还是会发生微小的变化。Tom Stuttard说："如果中微子发生了我们所怀疑的微妙变化，这将是量子引力的第一个有力证据。"为了了解研究小组正在寻找中微子特性的哪些变化，我们需要了解一些背景信息。虽然我们称它为粒子，但我们观测到的中微子实际上是三种粒子共同产生的，这在量子力学中被称为叠加。中微子可以有三种基本构型物理学家称之为"味道"即电子、μ介子和tau。当中微子飞行时，我们观察到的构型会发生变化，这种奇特的现象被称为中微子振荡。这种量子行为在数千公里甚至更远的距离上都能保持，这被称为量子相干性。"在大多数实验中，相干性很快就会被打破。但人们并不认为这是量子引力造成的。只是在实验室中创造完美的条件非常困难。你想要完美的真空环境，但不知何故，一些分子会设法溜进来等等。相比之下，中微子的特殊之处在于它们根本不受周围物质的影响，因此我们知道，如果相干性被破坏，也不会是人造实验装置的缺陷造成的，"Tom Stuttard解释说。当被问及发表在《自然-物理》上的研究结果是否符合预期时，研究人员回答说："是的，我们发现自己处于一类罕见的科学项目中，即没有既定理论框架的实验。因此，我们不知道会有什么结果。不过，我们知道，我们可以寻找量子引力理论可能具有的一些一般特性，虽然我们确实有希望看到与量子引力有关的变化，但我们没有看到这些变化的事实并不完全排除它们是真实存在的。当南极设施探测到大气中微子时，它通常已经穿越了地球。这意味着大约 12700 千米与源自遥远宇宙的中微子相比，这是一个非常短的距离。显然，量子引力需要更长的距离才能产生影响（如果它存在的话）。"多年来，许多物理学家怀疑实验是否有希望测试量子引力。分析表明这确实是可能的，随着未来利用天体物理中微子进行测量，以及在未来十年建造更精确的探测器，我们希望最终能回答这个根本问题。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

吴金闪教授：量子力学无基础入门

吴金闪教授：量子力学无基础入门 描述：吴金闪教授的量子力学无基础入门课程是一门为初学者设计的量子力学入门课程。该课程从基础的物理现象出发，深入浅出地讲解量子力学的核心概念，帮助学生理清神秘量子现象，理解量子力学的基本原理和应用。在课程中，吴金闪教授会介绍量子力学中的一些核心概念，如不确定性原理、波函数和量子态、超位置和量子纠缠、量子隧道效应等。不确定性原理指出，在测量微观粒子的位置和动量时，无法同时准确确定两者的数值，即粒子的位置和动量具有不确定性。波函数是描述微观粒子状态的数学函数，通过它可以计算粒子在不同状态下的概率分布。而量子态则是描述系统整体状态的概念，由波函数完全确定。 链接：https://pan.quark.cn/s/d24f03312d67 大小：3.0GB 标签：#学习 #量子力学 #基础 #入门 #吴金闪教授 #quark 频道：@yunpanshare 群组：@yunpangroup

科学简单点：什么是量子力学？

科学简单点：什么是量子力学？ 在这段"科学 101：什么是量子力学"的视频中，阿贡材料科学部学者凯瑟琳-哈蒙（Katherine Harmon）解释了什么是量子力学。量子力学是一种理论，涉及物质、能量和光的最基本位以及它们相互作用构成世界的方式。这一具有里程碑意义的理论起源于 20 世纪初，在 21 世纪被广泛应用于现实世界。阿贡科学家哈蒙和许多其他科学家在实验室中应用量子力学，正在开发有朝一日能够改变社会和我们对宇宙认识的技术。量子传感器可以检测到以前检测不到的癌细胞。量子互联网可以确保信息和数据通信不受黑客攻击。量子计算机可以解决经典计算机无法解决的复杂问题。量子理论还将继续推进我们对宇宙的认识，从原子深处错综复杂的动力学，到宇宙诞生这样宏大的宇宙事件。20 世纪初，科学家们开始发展量子力学，以解释一系列实验结果，这些实验结果无法用其他任何解释来解释。如今，科学家们利用这一理论创造出强大的技术无法破解的信息通信、更快的药物发现以及手机和电视屏幕上更高质量的图像。那么，什么是量子呢？从更广泛的意义上讲，"量子"一词可以指某种事物的最小可能量。量子力学领域研究的是最基本的物质、能量和光，以及它们相互作用构成世界的方式。与我们通常思考世界的方式不同，我们想象事物分别具有粒子或波的特性（例如棒球和海浪），但这种概念在量子力学中行不通。根据不同的情况，科学家可能会观察到同一个量子物体具有粒子或波的特性。例如，光不能被认为只是光子（一种光粒子）或只是光波，因为我们可能在不同的实验中观察到这两种行为。平日里，我们看到的事物每次只有一种"状态"：在这里或在那里，移动或静止，正面朝上或反面朝上。在量子力学中，物体的状态并不总是那么简单明了。例如，在我们确定一组量子物体的位置之前，它们可能存在于一个或多个位置的叠加（或一种特殊的组合）中。不同的可能状态就像池塘中的波浪一样相互组合和干扰，只有在我们观察之后，物体才会有一个确定的位置。叠加是使量子计算机成为可能的主要特征之一，因为它使我们能够用新的和有用的方式来表示信息。另一种有趣的量子行为是隧穿，量子物体（如电子）有时可以穿过原本无法穿过的障碍。之所以会发生这种情况，是因为叠加允许电子有很小的几率出现在障碍的另一侧。量子隧道技术可应用于闪存设备、功能强大的显微镜和量子计算机等领域。当量子物体相互作用时，它们通过一种叫做纠缠的联系彼此相连。即使物体之间相隔很远，这种联系也能保持。爱因斯坦称之为"距离的幽灵作用"。科学家们正在利用它进行超安全通信，它也是量子计算的一个基本特征。在美国能源部（DOE）的阿贡国家实验室，科学家们利用世界一流的专业知识和研究设施，开发用于存储、传输和保护信息的量子技术，并研究我们的宇宙，从原子内部深处的复杂动力学到宇宙诞生这样宏大的事件。阿贡还领导着 Q-NEXT（美国能源部国家量子信息科学研究中心），该中心致力于开发量子材料和器件，并将量子技术的力量用于通信。资料来源：阿贡国家实验室什么是量子信息科学？利用原子尺度上的反直觉行为，我们可以在实用尺度上为信息科学带来强大变革。科学家们正在争分夺秒地开发能够存储、传输、操纵和保护信息的量子系统。量子比特是量子计算和其他量子信息系统的基本组成部分。它们类似于经典计算机中的比特，要么是 0，要么是 1。量子比特的奇特之处在于，它们可以同时为 0 和 1。这种重叠状态极大地增强了量子计算机的性能。量子比特本身可以有多种不同的形式电子、光粒子，甚至是高度结构化材料中的微小缺陷。科学家们正在努力设计能在量子态中保持信息数秒（"相干性"）并能与其他量子比特连接（"纠缠"）的量子比特。量子技术可以改变国家和金融安全、药物发现以及新材料的设计和制造，同时加深我们对宇宙的理解。编译自:ScitechDaily相关文章:科学简单点：什么是超级计算？科学简单点：什么是人工智能？ ... PC版： 手机版：

耶鲁大学物理系提供该领域各个学科的广泛研究生和本科课程，包括五种不同的本科生入门课程，他们可以攻读文学士或理学学士学位。

耶鲁大学物理系提供该领域各个学科的广泛研究生和本科课程，包括五种不同的本科生入门课程，他们可以攻读文学士或理学学士学位。 研究生课程提供许多领域的研究机会，包括原子能物理学和量子光学；核物理；粒子物理学；天体物理学和宇宙学；凝聚态物质；量子信息物理和应用物理。 本课程为在物理和数学方面有良好准备的学生提供了对物理原理和方法的全面介绍。重点放在解决问题和定量推理上。本课程涵盖牛顿力学、狭义相对论、万有引力、热力学和波。| 这是物理学基础 I (PHYS 200) 的延续，这是为在物理和数学方面有良好准备的学生开设的物理学原理和方法的入门课程。本课程涵盖电学、磁学、光学和量子力学。|

研究人员控制玻色-爱因斯坦凝聚态波动 用创新冷却方法稳定量子实验

研究人员控制玻色-爱因斯坦凝聚态波动 用创新冷却方法稳定量子实验 维也纳理工大学（TU Wien）现在已经证明，可以通过一种有趣的新方法实现这种冷却：玻色-爱因斯坦凝结物被分成两部分，既不是突然也不是特别缓慢，而是以一种非常特殊的时间动态来确保尽可能完美地防止随机波动。这样，本已极冷的玻色-爱因斯坦凝聚态的相关温度就可以大大降低。这对于量子模拟器来说非常重要，维也纳工业大学利用量子模拟器来深入了解以前的方法无法研究的量子效应。"我们在研究中使用量子模拟器，"Maximilian Prüfer 说，他正在德国联邦科学基金会 Esprit 补助金的帮助下，在维也纳工业大学原子研究所研究新方法。"量子模拟器是一种系统，其行为由量子力学效应决定，可以很好地控制和监测。因此，这些系统可用于研究量子物理学的基本现象，而这些现象也会出现在其他量子系统中，但这些系统却不容易研究"。张甜甜和 Maximilian Prüfer。图片来源：维也纳工业大学这意味着，一个物理系统实际上是用来了解其他系统的。这种想法在物理学中并不新鲜：例如，你也可以通过水波实验来了解声波，但水波更容易观察。马克西米利安-普吕费尔（Maximilian Prüfer）说："在量子物理学中，量子模拟器近年来已成为一种极为有用的多功能工具。实现有趣模型系统的最重要工具之一是极冷原子云，比如我们在实验室研究的那些原子云"。在目前发表在《物理评论 X》上的这篇论文中，约尔格-施米德迈尔和马克西米利安-普吕费尔领导的科学家们研究了量子纠缠如何随时间演变，以及如何利用这一点实现比以前更冷的温度平衡。量子模拟也是最近启动的 QuantA 英才集群的核心课题，该集群正在研究各种量子系统。"越冷越好目前，限制这种量子模拟器适用性的决定性因素通常是其温度，马克西米利安-普吕费尔（Maximilian Prüfer）说："我们越能冷却冷凝物中有趣的自由度，就越能更好地利用它，也就能从中学到更多东西。"冷却的方法有很多种：例如，可以通过非常缓慢地增加气体体积来冷却气体。对于极冷的玻色-爱因斯坦凝聚态，通常会使用其他技巧：快速移除能量最高的原子，直到只剩下一组原子，这些原子具有相当均匀的低能量，因此温度较低。该研究的第一作者张甜甜说："但我们使用了一种完全不同的技术。我们制造了一个玻色-爱因斯坦凝聚态，然后通过在中间制造一个屏障将其分成两部分。最终位于屏障右侧和左侧的粒子数量是不确定的。由于量子物理定律，这里存在一定的不确定性。可以说，两边都处于不同粒子数量状态的量子物理叠加中。"张甜甜在维也纳量子科技中心博士学院的博士论文中研究了这一课题。马克西米利安-普吕费尔说："平均而言，正好有 50% 的粒子在左边，50% 在右边。但量子物理学认为，粒子总是存在一定的波动。这种波动，即与预期值的偏差，与温度密切相关"。通过控制波动降温维也纳科技大学的研究团队能够证明：玻色-爱因斯坦凝聚态的极速或极慢分裂都不是最佳的。必须找到一种折中的方法，一种巧妙定制的动态分裂凝结物的方法，以尽可能好地控制量子波动，这个问题无法用传统计算机解决。但通过实验，研究小组能够证明：适当的分裂动力学可以用来抑制粒子数量的波动，而这反过来又会降低温度，从而达到最小化的目的。马克西米利安-普吕费尔解释说："这个系统中同时存在不同的温标，我们降低的是其中一个非常特殊的温标。因此，不能把它想象成一个整体温度明显变低的迷你冰箱。但我们要说的不是这个：抑制波动正是我们所需要的，这样我们就能比以前更好地把我们的系统用作量子模拟器。我们现在可以用它来回答以前无法回答的基本量子物理学问题。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

《吴金闪教授：量子力学无基础入门》

《吴金闪教授：量子力学无基础入门》 简介：吴金闪教授：量子力学无基础入门是一门系统性的学习课程，涵盖相关领域的核心知识。通过详尽的讲解和案例分析，帮助学习者深入理解课程主题，提高实践应用能力，适合希望扩展知识储备、提升专业技能的学员。 标签： #知识#学习资源#技能提升 文件大小：NG|链接：