Гравитационные волны, возникающие при столкновении черных дыр и других катастрофических событиях, традиционно фиксируют с помощью лазерных интерферометров длиной в несколько километров. Группа ученых из Стокгольмского университета, исследовательского центра Nordita и Тюбингенского университета обосновала возможность альтернативного подхода. В статье для журнала «Physical Review Letters» они описали метод поиска искажений пространства-времени через их влияние на свет, испускаемый отдельными атомами.
Основой метода стало явление спонтанного излучения, при котором возбужденный атом возвращается в стабильное состояние, выбрасывая фотон. Этот процесс зависит от взаимодействия частицы с квантовым электромагнитным полем. Проходящая через пространство гравитационная волна модулирует это поле, что приводит к микроскопическому изменению частоты испускаемого света.
Авторы исследования указывают, что общее количество актов излучения остается постоянным, поэтому эффект долгое время оставался незамеченным. Волна влияет лишь на частоту фотонов в зависимости от вектора их движения. В результате в спектре образуется специфический направленный рисунок – по нему можно определить поляризацию и направление гравитационного возмущения. Это позволяет выделить сигнал на фоне тепловых и инструментальных помех.
Для практической реализации технологии предлагается использовать установки с холодными атомами и оптические атомные часы. Подобные системы обеспечивают длительное время взаимодействия, необходимое для фиксации сверхслабых сигналов. Главным преимуществом нового метода может стать компактность: теоретически чувствительный элемент детектора может иметь размер около одного миллиметра.
Несмотря на перспективность расчетов, идея пока не проверена экспериментально. Физикам еще предстоит провести детальный анализ шумов, чтобы подтвердить осуществимость проекта. Если расчеты подтвердятся, исследователи получат миниатюрные инструменты для изучения наиболее экстремальных явлений во Вселенной.
