Учените откриха удивително проста методика за откриване на гравитационни вълни, която е почти невъзможно да се повери

Ново подход към търсенето на гравитационни вълни

Учени от Стокгольмския университет, Nordita и Тюбингенския университет предложиха напълно различен начин за откриване на гравитационни вълни. Вместо да измерват колебанията на дължината на светлинната вълна в километрови интерферометри, те планират да регистрират промяната на цвета на фотоните, излъчвани от атомите.

Защо това е важно
* Текущите детектори

LIGO, Virgo и KAGRA използват огледала с ръце около три километра. Това ги прави чувствителни към високочестотни вълни, които възникват при сблъсъци на малки черни дупки и нейтронни звезди.

* Низкочестотни събития

Сливането на супермасивни черни дупки генерира гравитационни вълни с периоди до няколко години. За тяхната регистрация са нужни огледала, разположени на стотици‑хиляди километри – това е възможно само във космоса (планирани за края на 2030 г.).

* Компактен алтернатива

Швейцарски учени разработиха теория, позволяваща създаването на преносими детектори за такива събития. Това значително ще улесни и ускори тяхната конструкция.

Как работи новата идея
1. Модулация на квантово поле – преминаващите гравитационни вълни леко променят фазата на електромагнитното поле около атомите.

2. Спонтанно излъчване – атомите абсорбират енергия, се превръщат в възбудени състояния и след време се връщат към основната ниво, излъчвайки фотони.

3. Смяна на честотата на фотоните – модулацията води до малка смяна на честотата (цвета) на излъчваните фотони. Тази смяна зависи от посоката на движение на фотоните.

Досега такива ефекти не са били фиксирани, защото гравитационните вълни не влияят върху интензитета на спонтанното излъчване; яркостта остава неизменна. Въпреки това спектралните характеристики на светлината се променят в зависимост от силата и посоката на вълните – това вече е теоретично потвърдено.

Технологична реализация
* Атомни часовници – новите детектори ще използват суперстабилни атомни часовници с надхладени атоми.

* Продължителност на събитията – такива часовници могат да проследяват процеси, продължаващи до няколко години, което е идеално за наблюдение на сливане на супермасивни черни дупки.

* Предимства – компактност и по-бърз старт в сравнение с гигантските космически лазерни интерферометри.

Следващи стъпки
Учени подчертават необходимостта от внимателен анализ на шумовете, но първите оценки изглеждат многообещаващи. Ако теорията се потвърди, ще възникнат компактни устройства, които откриват нов клас гравитационни вълни, преди това недостъпни за наблюдение.