Gravitační vlny mohou být skryty ve světle, které atomy vyzařují

Foto: Jerzy Michal Paczos

Nový přístup k detekci gravitačních vln

Vědci navrhli překvapivý nový způsob, jak detekovat gravitační vlny – pozorováním, jak mění světlo vyzařované atomy. Tyto vlny mohou jemně posunout frekvence fotonů různými směry, zanechávajíc za sebou detekovatelný podpis. Tento efekt nemění množství světla, které atomy vyzařují, což je důvod, proč zůstal dosud nepovšimnut. Pokud se potvrdí, tento přístup by mohl vést k ultra-kompaktním detektorům využívajícím systémy studených atomů.

Autor původního článku: redakce

Jak gravitační vlny ovlivňují světlo

Gravitační vlny modifikují frekvenci (barvu) světla vyzařovaného atomy v závislosti na směru vyzařování. Přesná měření těchto změn frekvencí by mohla nabídnout nový způsob detekce gravitačních vln. Gravitační vlny jsou drobné vlnky v časoprostoru vytvořené mocnými kosmickými událostmi, jako jsou srážky černých děr. Až dosud je vědci detekovali měřením extrémně malých změn vzdálenosti pomocí obrovských přístrojů, které se táhnou na kilometry.

Teoretická studie a její implikace

Nová teoretická studie, přijatá k publikaci v časopise Physical Review Letters, navrhuje zcela jinou strategii. Výzkumníci ze Stockholmské univerzity, Nordita a Univerzity v Tübingenu navrhují zkoumat, jak tyto vlny jemně mění světlo vyzařované atomy. Zatím nebyla tato myšlenka experimentálně testována.

Skryté signály ve směrovém světle

Podle výzkumníků by gravitační vlny neměnily, jak často atomy vyzařují světlo. Místo toho by jemně měnily frekvenci vyzařovaných fotonů v závislosti na směru, kterým cestují. Protože celková rychlost emise zůstává stejná, tento efekt zůstal dosud nepovšimnut. Výsledkem by byl výrazný směrový vzor ve spektru světla. Tento vzor by mohl nést informace o směru a polarizaci gravitační vlny, což by nabídlo způsob, jak oddělit skutečné signály od šumu pozadí.

Budoucnost detekce gravitačních vln

Detekce nízkofrekvenčních gravitačních vln je hlavním cílem budoucích vesmírných misí. Tým upozorňuje, že systémy založené na atomových hodinách, které spoléhají na velmi přesné optické přechody, by mohly být obzvláště užitečné. Tyto systémy umožňují dlouhé interakční časy, což činí nastavení studených atomů silným kandidátem pro testování této myšlenky.

Výzkumníci přirovnávají atomy ke stálému hudebnímu tónu, který normálně zní stejně ve všech směrech. Procházející gravitační vlna by však jemně změnila, jak je tento tón slyšen v závislosti na směru. „Naše zjištění mohou otevřít cestu k kompaktnímu snímání gravitačních vln, kde je relevantní atomový soubor o velikosti milimetru,“ řekl Navdeep Arya, postdoktorandský výzkumník na Stockholmské univerzitě. „Důkladná analýza šumu je nezbytná pro posouzení praktické proveditelnosti, ale naše první odhady jsou slibné.“