Физики охладили массивный объект почти до абсолютного нуля

Обсерватория LIGO — один из двух главных инструментов для регистрации гравитационных волн. Эта «рябь пространства-времени» была предсказана еще Эйнштейном, но экспериментально подтвердить ее существование удалось лишь на сотню лет позднее, прежде всего с помощью инструмента LIGO. Проект представляет собой пару разнесенных на тысячи километров обсерваторий, в каждой из которых лазерные лучи движутся по Г-образной вакуумированной трубе, отражаясь зеркалами.

Интерференция этих лучей позволяет заметить малейшее изменение размеров плечей, вызванное прохождением невидимых волн гравитации. Понятно, что точность работы лазерного интерферометра зависит от точности положения его элементов, прежде всего зеркал. Поэтому сами они сделаны тяжелыми (40 килограммов), подвешены на прочных тросах, а демпфирующая система автоматически регистрирует и нейтрализует любое колебание.

А недавно ученые из коллаборации LIGO смогли практически избавить такое зеркало и от теплового шума, охладив его почти до абсолютного нуля. По их словам, это первый случай, когда макроскопическое тело было охлаждено почти до основного энергетического состояния, при котором движение частиц останавливается. О работе рассказывается в статье, опубликованной в журнале Science.

Разумеется, никакой существующий морозильник не позволит охладить объект до минус 273,15 °С. Однако температура — это проявление движения частиц, и для такого охлаждения можно минимизировать движение. С этой целью к ним можно приложить силу, противодействующую колебаниям. Для точной регистрации таких колебаний авторы использовали лазеры самого интерферометра LIGO. А для их нейтрализации к зеркалам подвели электроды, которые позволяли точно смещать их с помощью тока.

Применив такой новый механизм в системе из четырех сбалансированных 40-килограммовых зеркал лазерного интерферометра, ученые минимизировали ее движение, охладив до невероятных 77 нанокельвинов (77 миллиардных градуса выше абсолютного нуля температуры). Ожидается, что это позволит повысить чувствительность гравитационно-волновой обсерватории.