Гравитационные волны могут менять свет атомов: предложен новый способ их обнаружения

Сегодня гравитационные волны регистрируют с помощью интерферометров вроде LIGO. Принцип такой: когда через детектор проходит гравитационная волна, она на доли мгновения растягивает пространство в одном направлении и сжимает в другом. Из-за этого меняются расстояния между зеркалами установки — именно эти крошечные изменения и фиксируются. Новый подход заключается в том, чтобы искать более локальный эффект — изменения в свойствах света.

Когда атомы возбуждаются, они испускают свет строго определенной частоты. Это стабильный процесс, который лежит, например, в основе атомных часов. Однако, как показали авторы работы, проходящая гравитационная волна может слегка изменять эту частоту.

Важно, что речь идет не просто об изменении частоты света. Гравитационная волна меняет излучение не одинаково во всех направлениях. Атомы продолжают испускать свет с той же общей интенсивностью, но частота фотонов зависит от направления излучения: в одном направлении она будет немного выше, в другом — немного ниже. По такому «рисунку» можно было бы восстановить параметры гравитационной волны, например, ее направление и поляризацию.

Проще говоря, атом излучает свет с почти постоянной частотой. Гравитационная волна слегка изменяет эту частоту, и величина изменения зависит от направления излучения.

Такой метод особенно интересен для низкочастотных гравитационных волн — их сложно обнаружить существующими детекторами. Авторы предполагают, что для этого можно использовать системы с холодными атомами. Это та же технология, что применяется в сверхточных атомных часах.

Пока это только теоретическая работа: нужно проверить, можно ли вообще заметить такой эффект и отличить его от помех. Но если это удастся, в будущем детекторы гравитационных волн могут стать гораздо компактнее: не километровые установки, а лабораторные системы.

Ранее ИИ помог связать свойства нейтронных звезд с силами внутри атомных ядер.

Иллюстрация Jerzy Michal Paczos