Спектр атомного излучения предложили использовать для поиска гравитационных волн

Международная группа исследователей разработала теоретическую концепцию регистрации гравитационных волн, основанную на прецизионном анализе светового излучения атомов.

Гравитационные волны, представляющие собой периодические колебания ткани пространства-времени, возникают вследствие масштабных космических катастроф, таких как столкновения черных дыр. В отличие от традиционных методов, фиксирующих сверхмалые изменения дистанций с помощью многокилометровых интерферометров, новый подход опирается на мониторинг частотных сдвигов в свете, испускаемом атомами.

В процессе спонтанного излучения возбужденные атомы генерируют свет на строго определенных частотах. Гравитационные волны оказывают модулирующее воздействие на квантовое электромагнитное поле, что приводит к изменению характеристик испускаемых фотонов в зависимости от вектора их движения.

По словам Ежи Пачоса, исследователя из Стокгольмского университета, данный эффект наделяет атомное излучение направленной зависимостью. Несмотря на неизменность общей интенсивности эмиссии, частотные вариации фотонов позволяют «считывать» информацию о векторе распространения и поляризации проходящей гравитационной волны.

Иллюстрация: Sora

Авторы работы указывают, что узкие оптические переходы, применяемые в современных атомных часах, обеспечивают длительное время взаимодействия, превращая системы с ультрахолодными атомами в идеальную испытательную площадку. Подобная технология может заложить фундамент для создания компактных гравитационных детекторов, размеры которых не превышают нескольких миллиметров.

«Наши изыскания подтверждают, что гравитационная рябь способна оставлять характерные маркеры в спектре спонтанного излучения, открывая принципиально новые горизонты для астрофизических наблюдений», — пояснил соавтор исследования Навдип Арья. Тем не менее, для внедрения метода на практике потребуется решить ряд задач, связанных с фильтрацией шумов и проведением верификационных экспериментов.

Предложенная методика призвана расширить возможности действующих наземных и орбитальных обсерваторий. Кроме того, она обладает высоким потенциалом для изучения низкочастотных гравитационных волн, фиксация которых является одной из приоритетных целей будущих миссий в дальнем космосе.

Источник: iXBT