Гравитационные волны могут оставлять отпечатки в свете, предполагают физики

Предложен метод обнаружения гравитационных волн с помощью измерения изменений в «спонтанном излучении» фотонов атомами.

Об этом сообщают на кафедре физики Стокгольмского университета, передают OstanniPodii.com.

Гравитационные волны — это пульсации в пространстве-времени, возникающие в результате мощных космических событий, таких как слияние черных дыр. До сих пор прямое обнаружение основывалось на измерении незначительных изменений расстояния с помощью приборов, работающих в километровом масштабе.

В новом теоретическом исследовании, принятом к публикации в журнале Physical Review Letters, ученые из Стокгольмского университета, Северного института теоретической физики и Тюбингенского университета предлагают нетрадиционный подход: отслеживание того, как гравитационные волны изменяют свет, излучаемый атомами. В работе описан возможный способ обнаружения, но экспериментальное подтверждение остается задачей на будущее.

Когда атомы возбуждаются, они со временем естественным образом ослабляются, излучая свет с характерной частотой — квантовый процесс, известный как спонтанное излучение. Это происходит из-за их взаимодействия с квантовым электромагнитным полем.

«Гравитационные волны модулируют квантовое поле, что, в свою очередь, влияет на спонтанное излучение», — сказал Ежи Пачос, аспирант Стокгольмского университета. «Эта модуляция может смещать частоты излучаемых фотонов по сравнению со случаем без волн».

Команда предполагает, что излучение становится зависимым от направления: атомы излучают фотоны с одинаковой общей скоростью — именно поэтому этот эффект до сих пор оставался незамеченным — но частоты фотонов меняются в зависимости от направления излучения. Этот направленный спектральный паттерн будет кодировать направление и поляризацию волны и может помочь отличить сигнал от шума.

Низкочастотные гравитационные волны являются основной целью будущих космических обсерваторий. Авторы отмечают, что узкие оптические переходы, применяемые в платформах атомных часов, обеспечивают длительное время взаимодействия, что потенциально делает системы холодных атомов перспективным полигоном для испытаний.

Атомы излучают свет, как музыкальный плеер, поддерживающий стабильный тон, но гравитационная волна изменяет звучание ноты в разных направлениях. «Наши выводы могут открыть путь к компактному измерению гравитационных волн, где соответствующий атомный ансамбль имеет размеры в миллиметры», — сказал Навдип Ария, докторант Стокгольмского университета. «Для оценки практической осуществимости необходим тщательный анализ шума, но наши первые оценки многообещающи».