Naukowcy znaleźli niezwykle prostą metodę wykrywania fal grawitacyjnych, której prawie nie da się uwierzyć

Nowy sposób poszukiwania fal grawitacyjnych

Naukowcy ze Stockholmskiej Uniwersytetu, Nordita i Uniwersytetu w Tyberingu zaproponowali zupełnie inny sposób wykrywania fal grawitacyjnych. Zamiast mierzyć drgania długości fali światła w kilometrowych interferometrach, planują rejestrować zmianę koloru fotonów emitowanych przez atomy.

Dlaczego to ważne
* Obecne detektory

LIGO, Virgo i KAGRA używają luster o ramionach około trzech kilometrów. Dzięki temu są wrażliwe na wysokoczęstotliwościowe fale powstające podczas kolizji małych czarnych dziur i gwiazd neutronowych.

* Niskoczęstotliwościowe zdarzenia

Zderzenia supermasywnych czarnych dziur generują fale grawitacyjne o okresach do kilku lat. Do ich rejestracji potrzebne są lustra rozrzucone na setki‑tysiące kilometrów – możliwe tylko w kosmosie (plany na koniec 2030 roku).

* Kompaktowa alternatywa

Szwajcarscy naukowcy opracowali teorię pozwalającą stworzyć przenośne detektory do takich zdarzeń. Zmniejszy to znacząco i przyspieszy ich budowę.

Jak działa nowa idea
1. Modulacja pola kwantowego – przechodzące fale grawitacyjne lekko zmieniają fazę pola elektromagnetycznego wokół atomów.

2. Wyluzowane emisje – atomy pochłaniają energię, przechodzą do stanów wzbudzonych i po pewnym czasie wracają do stanu podstawowego, emitując fotony.

3. Przesunięcie częstotliwości fotonów – modulacja powoduje niewielkie przesunięcie częstotliwości (koloru) emitowanych fotonów. To przesunięcie zależy od kierunku ruchu fotonów.

Do tej pory takie efekty nie były rejestrowane, ponieważ fale grawitacyjne nie wpływają na intensywność emisji spontanicznej; jasność pozostaje niezmieniona. Jednak spektralne cechy światła zmieniają się w zależności od siły i kierunku fal – zostało to już potwierdzone teoretycznie.

Realizacja technologiczna
* Zegary atomowe – nowe detektory będą korzystać z supersztywnych zegarów atomowych na ultracold atoms.

* Czas trwania zdarzeń – takie zegary są w stanie śledzić procesy trwające do kilku lat, co jest idealne do obserwacji zderzeń supermasywnych czarnych dziur.

* Zalety – kompaktowość i szybszy start w porównaniu z gigantycznymi kosmicznymi interferometrami laserowymi.

Kolejne kroki
Naukowcy podkreślają potrzebę dokładnej analizy szumów, ale pierwsze oceny wyglądają obiecująco. Jeśli teoria się potwierdzi, pojawią się kompaktowe urządzenia otwierające nową klasę fal grawitacyjnych, wcześniej niedostępnych do obserwacji.