Гравітаційні хвилі можуть залишати відбитки на світлі, припускають фізики

Запропоновано метод виявлення гравітаційних хвиль за допомогою вимірювання змін у "спонтанному випромінюванні" фотонів атомами.

Про це розповідають на кафедрі фізики Стокгольмського університету, передають OstanniPodii.com.

Гравітаційні хвилі — це пульсації в просторі-часі, що виникають внаслідок потужних космічних подій, таких як злиття чорних дір. Дотепер пряме виявлення базувалося на вимірюванні незначних змін відстані за допомогою приладів, що працюють у кілометровому масштабі.

У новому теоретичному дослідженні, прийнятому до публікації в журналі Physical Review Letters, вчені зі Стокгольмського університету, Північного інституту теоретичної фізики та Тюбінгенського університету пропонують нетрадиційний підхід: відстеження того, як гравітаційні хвилі змінюють світло, випромінюване атомами. У роботі описано можливий спосіб виявлення, але експериментальне підтвердження залишається завданням на майбутнє.

Коли атоми збуджуються, вони згодом природно ослаблюються, випромінюючи світло з характерною частотою — квантовий процес, відомий як спонтанне випромінювання. Це відбувається через їхню взаємодію з квантовим електромагнітним полем.

«Гравітаційні хвилі модулюють квантове поле, що, своєю чергою, впливає на спонтанне випромінювання», — сказав Єжи Пачос, аспірант Стокгольмського університету. «Ця модуляція може зміщувати частоти випромінюваних фотонів порівняно з випадком без хвиль».

Команда передбачає, що випромінювання стає залежним від напрямку: атоми випромінюють фотони з однаковою загальною швидкістю — саме тому цей ефект досі залишався непоміченим — але частоти фотонів змінюються залежно від напрямку випромінювання. Цей спрямований спектральний патерн кодуватиме напрямок і поляризацію хвилі та може допомогти відрізнити сигнал від шуму.

Низькочастотні гравітаційні хвилі є основною метою майбутніх космічних обсерваторій. Автори зазначають, що вузькі оптичні переходи, які застосовуються в платформах атомних годинників, забезпечують тривалий час взаємодії, що потенційно робить системи холодних атомів перспективним полігоном для випробувань.

Атоми випромінюють світло, як музичний плеєр, що підтримує стабільний тон, але гравітаційна хвиля змінює звучання ноти в різних напрямках. «Наші висновки можуть відкрити шлях до компактного вимірювання гравітаційних хвиль, де відповідний атомний ансамбль має розмір у міліметри», — сказав Навдіп Ар’я, докторант Стокгольмського університету. «Для оцінки практичної здійсненності необхідний ретельний аналіз шуму, але наші перші оцінки є багатообіцяльними».