Гравитационные волны научились искать по свету атомов

Физики Стокгольмского университета предложили регистрировать гравитационные волны по крошечным сдвигам частоты в свете, который испускают атомы. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Когда возбуждённый атом переходит в основное состояние, он излучает фотон с определённой частотой. Проходящая гравитационная волна слегка меняет квантовое электромагнитное поле вокруг атома, и частота фотона получает едва заметный сдвиг. Общая яркость излучения не меняется — поэтому эффект раньше не замечали. Ключевая находка: величина сдвига зависит от направления вылета фотона. Эта «направленная подпись» позволяет определить, откуда пришла волна и как именно она исказила пространство-время.

Ежи Пачос, первый автор работы, пояснил, что для регистрации не нужно, чтобы гравитационная волна напрямую воздействовала на атом — достаточно возмущения квантового поля, в котором он находится. Навдип Арья, соавтор исследования, добавил, что метод может лечь в основу компактных сенсоров: рабочая зона с атомами займёт всего миллиметр, а не километры, как в современных обсерваториях.

Для измерений авторы предлагают использовать атомные часы и установки с холодными атомами, где внешние шумы сведены к минимуму. Если эксперименты подтвердят расчёты, новая технология откроет доступ к низкочастотным гравитационным волнам, которые сегодня практически не регистрируются.

Пока метод остаётся теоретическим. Следующий шаг — оценить, можно ли надёжно выделить сигнал на фоне помех. Но если идея сработает, гравитационно-волновая астрономия получит инструмент, который поместится на лабораторном столе.

Источник: interestingengineering