Международная команда учёных предложила теоретический метод обнаружения гравитационных волн, основанный на анализе света, испускаемого атомами.

Гравитационные волны — «рябь в пространстве-времени», возникает при катаклизмических космических событиях, таких как слияние чёрных дыр. Традиционные методы их обнаружения используют измерение крошечных изменений расстояний на километровых интерферометрах. Новый подход предполагает изучение изменений в частотах света, испускаемого атомами.

Когда атомы возбуждаются, они испускают свет на характерной частоте через процесс, известный как спонтанное излучение. Гравитационные волны модулируют квантовое электромагнитное поле, что приводит к изменению частот испускаемых фотонов в зависимости от направления излучения.

По словам Джерзи Пачоса, аспиранта Стокгольмского университета, это явление делает излучение атомов направленно-зависимым. Хотя общая скорость излучения остаётся неизменной, «частоты фотонов варьируются в зависимости от направления, что позволяет закодировать информацию о направлении и поляризации гравитационной волны».

Иллюстрация: Sora

Исследователи отмечают, что узкие оптические переходы, используемые в атомных часах, обеспечивают длительное время взаимодействия, что делает системы с холодными атомами перспективной платформой для тестирования. Такой подход может открыть путь к компактным детекторам гравитационных волн, где атомные ансамбли имеют размер всего в миллиметры.

«Наши результаты показывают, что гравитационные волны могут оставлять своеобразные отпечатки на спонтанном излучении атомов, что открывает новые возможности для их обнаружения», — отметил Навдип Арья, соавтор исследования из Стокгольмского университета. Однако для практической реализации потребуется тщательный анализ шумов и дальнейшие эксперименты.

Новый метод может дополнить существующие подходы к обнаружению гравитационных волн, такие как наземные и космические обсерватории. Он также может быть полезен для изучения низкочастотных гравитационных волн, которые являются ключевой целью будущих космических миссий.