Сверхдобротные механические колебательные системы в фундаментальных физических исследованиях

Детектор гравитационных волн LIGO

, что соответствует времени затухания колебаний более 3-х лет. Чем выше добротность, тем меньшую силу, действующую на механический осциллятор, можно измерить по его отклику на эту силу. Конечно, снижение температуры также приводит к уменьшению теплового шума.

.

м. Ситуация усложняется тем, что любой сенсор оказывает обратное влияние на измеряемый объект. Возникает вопрос о том, какая предельная чувствительность может быть достигнута при измерении амплитуды колебаний механического осциллятора. Такой предел был в свое время установлен и получил название стандартного квантового предела. Огромные заслуги в решении этих проблем принадлежат профессору кафедры физики колебаний, чл.-корр. РАН В.Б. Брагинскому.

По самому названию предела можно понять, что ограничения чувствительности связаны с квантовыми явлениями. Здесь мы подходим к еще одной чрезвычайно интересной проблеме современной физики. Известно, что в микромире действуют законы квантовой механики. Этим законам подчиняются элементарные частицы, атомы и молекулы, даже такие, которые содержат несколько сотен атомов. Однако до сих пор нет ответа на вопрос, могут ли квантовые свойства, например, суперпозиция состояний, проявляться у макроскопических объектов, и какие образом осуществляется переход от квантового мира к классическому.

С этой целью в различных лабораториях создаются механические осцилляторы, как правило, имеющие малую массу и размеры, снабженные уникальными высокочувствительными сенсорами. Непременным, ключевым условием является как можно более высокая механическая добротность таких осцилляторов. Связывая их с оптическими системами, удается «охладить» механические осцилляторы до основного квантового состояния, когда среднее число тепловых фононов оказывается существенно меньше единицы. С их помощью исследователи хотят продемонстрировать квантовое поведение вполне макроскопических объектов или понять, почему этого не происходит. В.П. Митрофанов, профессор кафедрыфизики колебаний