Вчені знайшли надзвичайно просту методику виявлення гравітаційних хвиль, яку майже неможливо повірити

Новий підхід до пошуку гравітаційних хвиль

Вчені зі Стокгольмського університету, Nordita та Університету Тюбінґена запропонували зовсім інший спосіб виявлення гравітаційних хвиль. Замість того, щоб вимірювати коливання довжини хвилі світла у тисячолітніх інтерферометрах, вони планують реєструвати зміну кольору фотонів, випромінюваних атомами.

Чому це важливо
* Поточні детектори

LIGO, Virgo та KAGRA використовують дзеркала з плечима приблизно трьох кілометрів. Завдяки цьому вони чутливі до високочастотних хвиль, що виникають під час зіткнень невеликих чорних дір і нейтронних зірок.

* Низькочастотні події

Злиття надмасивних чорних дір генерують гравітаційні хвилі з періодами до кількох років. Для їх реєстрації потрібні дзеркала, рознесені на сотні‑тисячі кілометрів – це можливо лише у космосі (плани на кінець 2030 р.)

* Компактна альтернатива

Швейцарські вчені розробили теорію, що дозволяє створити портативні детектори для таких подій. Це значно спростить і прискорить їх будівництво.

Як працює нова ідея
1. Модуляція квантового поля – проходячі гравітаційні хвилі незначно змінюють фазу електромагнітного поля навколо атомів.

2. Спонтанне випромінювання – атоми поглинають енергію, переходять у підвищені стани і після певного часу повертаються до основного рівня, випромінюючи фотони.

3. Зсув частоти фотонів – модуляція призводить до невеликого зміщення частоти (кольору) випромінюваних фотонів. Це зсув залежить від напрямку руху фотонів.

Поки такі ефекти не фіксувалися, тому що гравітаційні хвилі не впливають на інтенсивність спонтанного випромінювання; яскравість залишається незмінною. Однак спектральні характеристики світла змінюються залежно від сили й напрямку хвиль – це вже теоретично підтверджено.

Технологічна реалізація
* Атомні годинники – нові детектори будуть використовувати надстабільні атомні годинники на надхолодних атомах.

* Тривалість подій – такі годинники здатні відслідковувати процеси, що тривають до кількох років, що ідеально підходить для спостереження злиття надмасивних чорних дір.

* Переваги – компактність та швидший запуск у порівнянні із гігантськими космічними лазерними інтерферометрами.

Наступні кроки
Вчені підкреслюють необхідність ретельного аналізу шумів, але перші оцінки виглядають обнадійливими. Якщо теорія підтвердиться, з’являться компактні прилади, що відкривають новий клас гравітаційних хвиль, раніше недоступний для спостереження.