LIGO观测排除标准$\hbar\omega$引力子

Dyson (2013) 论证了引力波中极其大量的引力子使得它们不可能被分辨为单个粒子。虽然如此，本文表明 LIGO 干涉探测器也会与入射引力波发生频繁且离散的量子相互作用，其方式允许波与探测器之间交换能量和动量。这为寻找引力子开辟了另一条途径。相互作用的最基本形式是激光光子在被引力波中振荡的测试质量镜面反射时的一阶费米加速（减速），导致光子的频率蓝移（红移），取决于反射前镜面是朝向（远离）光子运动。例如，若发生蓝移，则波能量被吸收且振荡将被阻尼。我们认为此类能量交换相互作用是 LIGO 观测到的辐射反作用噪声的成因（尽管计算该噪声相同振幅的更常见方法基于动量考虑）。最重要的是，在每次相互作用中，探测器吸收或发射的波能量远小于标准引力子能量$\hbar\omega$，其中$\omega$为引力波的角频率。这为波能量的量子化设定了非常严格的上限，即它必须至少比$\hbar\omega$低约$10^{11}$倍，且与$\omega$本身的值无关。