标题： 斯坦福大学地下深处的量子秘密：探索引力波与暗物质的原子干涉仪

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在斯坦福大学地下深处，一个被金属笼和电线包裹的神秘装置引人注目。这是一根高达10米的管子，被作为一道屏障与主房间隔开，其外是一个跨越三层楼高的圆柱体，构成了一个用于超冷原子的装置，准备向上发射。激光向原子发射的桌子，以及用来分析原子对引力等力的反应的设备，填满了实验室的其余部分。这个装置，是一个原子干涉仪，一个设计用于研究原子的波性质的定制装置。

根据量子力学，原子以粒子和波的形式同时存在。这个仪器可以探测引力波，引力波是天文物体产生时空扰动的微小涟漪，比如中子星碰撞合并等。不仅如此，该仪器还可以揭示宇宙的另一个奥秘：暗物质。最初，斯坦福大学实验物理学家Jason Hogan和Mark Kasevich从未打算让他们的设备以这种方式实现。然而，与理论物理学家Savas Dimopoulos以及研究生们的交流，让他们开始考虑它作为高灵敏度探测器的用途。

这一大胆的想法与另一股席卷物理学的浪潮相契合，那就是为其他目的而开发的精致灵敏的仪器，旨在回答关于自然的基本问题。自2015年激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到两个超大质量黑洞的碰撞信号以来，引力波探测已经为天文学家打开了一个强大的新视角。理论上，任何加速的质量，无论是挥动的手还是轨道上的行星，都会产生引力波。然而，这些运动发生在远低于我们探测它们能力的水平上。只有来自巨大天文现象的引力波才会引起足够大的时空变化，以至于地球上的传感器都可以识别它们。

分析其他引力波频率数据可能有助于解决目前无法触及的太空之谜，包括关于早期宇宙的奥秘。Hogan表示，发现了一个光谱区域，其他任何探测器都没有很好地覆盖，它恰好与我们已经开发的方法相匹配。为了测试这些想法，我们建造了10米高的原子干涉仪。然而，为了提高设备的灵敏度（探测小于质子宽度的时空摆动所必需），需要一个更大的探测器。因此，100米的物质波原子梯度计干涉传感器，或称MAGIS-100，实验诞生了。

在戈登和贝蒂·摩尔基金会(Gordon And Betty Moore Foundation)的资助下，科学家们计划在位于伊利诺伊州的能源部国家实验室Fermilab建造一个现有地下竖井，作为Magis-100的新家。竖井的垂直方向确保了震动的地球不会影响测量。然后，激光操纵下降的原子，研究小组可以测量它们处于激发状态的时间。Hogan和Kasevich希望使用锶作为测试质量，以确定当光激发原子时是否存在任何时间延迟，延迟将表明引力波通过。此外，Magis-100科学家还可以使用原子数据来测试暗物质模型做出的预测。

MAGIS-100是一个原型，朝着建造一个更大的设备迈出了又一步，它的灵敏度要高出许多倍。未来的全尺寸Magis-100应该能探测到1赫兹左右的低频引力波，比如从两个围绕彼此旋转的黑洞发射的引力波，所以它可以识别出LIGO已经看到的相同事件，但在质量真正碰撞之前。这两个实验可以相辅相成。可以制造一个探测器，可以看到同样的系统，但要年轻得多。

这个由斯坦福大学的研究团队开发的项目，正开启一场对宇宙深处奥秘的探索之旅。我们期待着，这些原子干涉仪能够揭示更多关于引力波和暗物质的秘密，以及它们如何塑造我们周围的世界。

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