Учёные нашли удивительно простую методику обнаружения гравитационных волн, которую почти невозможно поверить

Новый подход к поиску гравитационных волн

Учёные из Стокгольмского университета, Nordita и Университета Тюбингена предложили совершенно иной способ обнаружения гравитационных волн. Вместо того чтобы измерять колебания длины волны света в километровых интерферометрах, они планируют регистрировать изменение цвета фотонов, испускаемых атомами.

Почему это важно

* Текущие детекторы
LIGO, Virgo и KAGRA используют зеркала с плечами около трёх километров. Благодаря этому они чувствительны к высокочастотным волнам, возникающим при столкновениях небольших чёрных дыр и нейтронных звёзд.

* Низкочастотные события
Слияния сверхмассивных чёрных дыр генерируют гравитационные волны с периодами до нескольких лет. Для их регистрации нужны зеркала, разнесённые на сотни‑тысячи километров – это возможно только в космосе (планы на конец 2030 года).

* Компактный альтернатива
Швейцарские учёные разработали теорию, позволяющую создать портативные детекторы для таких событий. Это значительно упростит и ускорит их строительство.

Как работает новая идея

1. Модуляция квантового поля – проходящие гравитационные волны слегка изменяют фазу электромагнитного поля вокруг атомов.
2. Спонтанное излучение – атомы поглощают энергию, переходят в возбужденные состояния и спустя время возвращаются к основному уровню, испуская фотоны.
3. Сдвиг частоты фотонов – модуляция приводит к небольшому смещению частоты (цвета) излучаемых фотонов. Это смещение зависит от направления движения фотонов.

До сих пор такие эффекты не фиксировались, потому что гравитационные волны не влияют на интенсивность спонтанного излучения; яркость остаётся неизменной. Однако спектральные характеристики света меняются в зависимости от силы и направления волн – это уже теоретически подтверждено.

Технологическая реализация

* Атомные часы – новые детекторы будут использовать сверхстабильные атомные часы на сверххолодных атомах.
* Длительность событий – такие часы способны отслеживать процессы, продолжающиеся до нескольких лет, что идеально подходит для наблюдения слияний сверхмассивных чёрных дыр.
* Преимущества – компактность и более быстрый запуск по сравнению с гигантскими космическими лазерными интерферометрами.

Следующие шаги

Учёные подчёркивают необходимость тщательного анализа шумов, но первые оценки выглядят многообещающими. Если теория подтвердится, появятся компактные приборы, открывающие новый класс гравитационных волн, ранее недоступный для наблюдения.