原子环路可以解决宇宙引力问题

什么时候交通拥堵不是堵车?当然，当它是量子交通拥堵时。只有在量子物理学中，流量才能保持静止并同时移动。

标准与技术研究院(NIST)和马里兰大学的科学家们发表的一篇新的理论论文表明，故意用数千个超冷原子环形成这样的交通堵塞，可以精确测量运动。如果使用正确的实验装置实施，原子可以提供重力的测量，甚至可以在短至10微米的距离处 - 大约十分之一的人发宽度。

虽然作者强调仍有大量工作要证明这样的测量是可以实现的，但潜在的收益可能是在非常短的长度范围内澄清重力的拉力。异常可以提供重力行为的主要线索，包括为什么我们的宇宙似乎正以加速的速度扩张。

除了可能回答深刻的基本问题之外，这些原子环也可能具有实际应用。它们可以使运动传感器比以前更加精确，或者作为量子计算机的开关，其中0表示原子阻塞，1表示原子流量。

该论文的作者隶属于联合量子研究所 和量子信息与计算机科学联合中心，这两者都是NIST与马里兰大学之间的合作伙伴关系。

在过去的二十年中，物理学家们探索了一种称为玻色 - 爱因斯坦凝聚体(BEC)的异质物质状态，当原子在寒冷的温度下相互重叠时，存在一种远离绝对零度的微生物。在这些条件下，微小的原子云基本上可以成为一个大量的“超级原子”，使科学家们更容易探索超导性和超流性等潜在有用的特性。

理论物理学家斯蒂芬拉格尔和杰克泰勒，该论文的作者，现在已经提出，BEC理念的变化可用于感知旋转甚至探索短距离的重力，其中诸如电磁的其他力量通常压倒重力的影响。这个想法是使用激光束 - 已经常用于操纵冷原子 - 将几千个原子串在一起形成直径为10到20微米的环。

一旦形成环，激光就会轻轻地将其搅动，使原子在它周围循环，就像汽车一个接一个地沿着单车道环形路行驶。就像汽车轮胎沿着人行道一样旋转时，原子的特性会吸收周围世界的影响 - 包括几微米以外的质量引力。

该环将利用量子力学中的一种反直觉行为来帮助科学家实际测量其原子对重力的影响。激光可以将原子搅拌成所谓的“叠加”，这意味着，实际上，它们将在环上循环并同时处于静止状态。这种流动和阻塞的叠加将有助于在消除激光约束后的几个关键毫秒内维持环原子之间的关系，足够的时间在它们散射之前测量它们的属性。

这种量子交通堵塞不仅可以克服困难的重力测量挑战，而且可能有助于物理学家抛弃关于宇宙的许多竞争理论中的一些 - 可能有助于消除长期存在的交通堵塞。

例如，宇宙的一个重大谜团就是为什么它以明显加速的速度扩张。物理学家已经提出了一种被称为“暗能量”的向外力量引起了这种扩张，但他们尚未发现它的起源。许多理论中的一个是，在空间的真空中，短暂的虚拟粒子不断出现并眨眼，它们的相互排斥会产生暗能量效应。虽然这在某些层面上是一个合理的解释，但物理学家们计算出这些粒子会产生如此大的排斥力，以至于它会立即将宇宙分开。那么他们如何才能将观察与虚拟粒子理念相协调?

“一种可能性是，时空的基本结构只响应相距几微米的虚拟粒子，”泰勒说，“这就是我们用这个冷原子环探索的那种分离。因此，如果事实证明你可以忽略在这些短长度尺度上运行的粒子的影响，你可以解释很多这种未被观察到的排斥能量。它会在那里，它不会影响宇宙尺度上的任何东西。“