Les scientifiques du MIT ont refroidi un objet de 10 kilogrammes jusqu’à l’arrêt proche, en utilisant les mesures précises de LIGO de ses miroirs de 40 kilogrammes. Ici, des techniciens en optique de LIGO examinent l’un des miroirs de LIGO. Crédit : Caltech/MIT/LIGO Lab
À l’aide de LIGOdes miroirs suspendus, les chercheurs ont démontré la capacité de refroidir un objet à grande échelle – l’oscillateur optomécanique de 10 kilogrammes que forment les miroirs suspendus – jusqu’à presque l’état fondamental quantique en mouvement. La mise à niveau de LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) avec une telle modification augmenterait non seulement la sensibilité et la portée de l’appareil dans la détection ondes gravitationnelles mais pourrait également fournir de nouvelles informations sur les phénomènes quantiques à grande échelle.
Pour que la plupart des objets mécaniques soient amenés à un état quantique, ils doivent être refroidis à des températures extrêmement basses pour surmonter les vibrations thermiques, ou phonons, qui masquent la signature du mouvement quantique. Cela rapproche l’objet de son état fondamental en mouvement. Cependant, l’obtention d’un état fondamental en mouvement n’a généralement été démontrée que dans des objets à l’échelle nanométrique et les méthodes utilisées pour préparer ces minuscules systèmes ne sont pas réalisables à des échelles de masse plus importantes.
Ici, Chris Whittle et ses collègues rendent compte du refroidissement actif par laser des miroirs d’Advanced LIGO, qui forment effectivement un oscillateur mécanique de 10 kg, de la température ambiante à 77 nanokelvins, faisant approcher le système de son état fondamental en mouvement.
Selon Whittle et al., ce refroidissement a mis l’oscillateur dans un état avec une occupation moyenne des phonons de 10,8 – supprimant le bruit de retour quantique de 11 ordres de grandeur. De plus, les résultats représentent une augmentation de 13 ordres de grandeur de la masse d’un objet préparé près de son état fondamental en mouvement par rapport à d’autres démonstrations.
Pour en savoir plus sur cette recherche, lisez Les physiciens amènent un objet à l’échelle humaine à l’arrêt proche, atteignant un état quantique.
Référence : « Approaching the motional ground state of a 10-kg object » par Chris Whittle, Evan D. Hall, Sheila Dwyer, Nergis Mavalvala, Vivishek Sudhir, R. Abbott, A. Ananyeva, C. Austin, L. Barsotti, J Betzwieser, CD Blair, AF Brooks, DD Brown, A. Buikema, C. Cahillane, JC Driggers, A. Effler, A. Fernandez-Galiana, P. Fritschel, VV Frolov, T. Hardwick, M. Kasprzack, K. Kawabe, N. Kijbunchoo, JS Kissel, GL Mansell, F. Matichard, L. McCuller, T. McRae, A. Mullavey, A. Pele, RMS Schofield, D. Sigg, M. Tse, G. Vajente, DC Vander- Hyde, Hang Yu, Haocun Yu, C. Adams, RX Adhikari, S. Appert, K. Arai, JS Areeda, Y. Asali, SM Aston, AM Baer, M. Ball, SW Ballmer, S. Banagiri, D. Barker , J. Bartlett, BK Berger, D. Bhattacharjee, G. Billingsley, S. Biscans, RM Blair, N. Bode, P. Booker, R. Bork, A. Bramley, KC Cannon, X. Chen, AA Ciobanu, F Clara, CM Compton, SJ Cooper, KR Corley, ST Countryman, PB Covas, DC Coyne, LEH Datrier, D. Davis, C. Di Fronzo, KL Dooley, P. Dupej, T. Etzel, M. Evans, TM Eva ns, J. Feicht, P. Fulda, M. Fyffe, JA Giaime, KD Giardina, P. Godwin, E. Goetz, S. Gras, C. Gray, R. Gray, AC Green, EK Gustafson, R. Gustafson, J. Hanks, J. Hanson, RK Hasskew, MC Heintze, AF Helmling-Cornell, NA Holland, JD Jones, S. Kandhasamy, S. Karki, PJ King, Rahul Kumar, M. Landry, BB Lane, B. Lantz, M. Laxen, YK Lecoeuche, J. Leviton, J. Liu, M. Lormand, AP Lundgren, R. Macas, M. MacInnis, DM Macleod, S. Márka, Z. Márka, DV Martynov, K. Mason, TJ Massinger , R. McCarthy, DE McClelland, S. McCormick, J. McIver, G. Mendell, K. Merfeld, EL Merilh, F. Meylahn, T. Mistry, R. Mittleman, G. Moreno, CM Mow-Lowry, S. Mozzon, TJN Nelson, P. Nguyen, LK Nuttall, J. Oberling, Richard J. Oram, C. Osthelder, DJ Ottaway, H. Overmier, JR Palamos, W. Parker, E. Payne, R. Penhorwood, CJ Perez, M. Pirello, H. Radkins, KE Ramirez, JW Richardson, K. Riles, NA Robertson, JG Rollins, CL Romel, JH Romie, MP Ross, K. Ryan, T. Sadecki, EJ Sanchez, LE Sanchez, TR Saravanan, RL Savage, D. Schaetz, R. Schna bel, E. Schwartz, D. Sellers, T. Shaffer, BJJ Slagmolen, JR Smith, S. Soni, B. Sorazu, AP Spencer, KA Strain, L. Sun, MJ Szczepanczyk, M. Thomas, P. Thomas, KA Thorne, K. Toland, CI Torrie, G. Traylor, AL Urban, G. Valdes, PJ Veitch, K. Venkateswara, G. Venugopalan, AD Viets, T. Vo, C. Vorvick, M. Wade, RL Ward, J Warner, B. Weaver, R. Weiss, B. Willke, CC Wipf, L. Xiao, H. Yamamoto, L. Zhang, ME Zucker et J. Zweizig, 18 juin 2021, Science.
DOI : 10.1126/science.abh2634
