Учёные предлагают использовать атомы в качестве детекторов гравитационных волн

Каждый раз, когда где-то во Вселенной сталкиваются две чёрные дыры, они вызывают волны в самой ткани пространства-времени. Мы называем их гравитационными волнами. LIGO (Лазерная интерферометрическая обсерватория гравитационных волн) обнаруживает их с помощью 4-километрового туннеля, по которому путешествуют лазерные лучи. Детектор настолько чувствителен, что способен измерить изменение расстояния, на которое смещается лазерный луч, — величину в тысячу раз меньше размера протона.

Исследователи из Стокгольмского университета, Nordita и Тюбингенского университета полагают, что может существовать более простой и компактный способ обнаружения гравитационных волн. Их новое теоретическое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, предполагает, что эти волны оставляют «следы» в свете, излучаемом атомами, и что облако атомов размером всего в несколько миллиметров может однажды послужить детектором гравитационных волн.

Когда атом возбуждается под воздействием тепла, света или лазера, он не остаётся в этом состоянии надолго. Он быстро возвращается в состояние с более низкой энергией, испуская фотон света с точной, характерной частотой. Этот процесс, называемый спонтанным излучением, обычно абсолютно стабилен и предсказуем, и его изучают уже на протяжении десятилетий. Но никто до конца не задумывался о том, что происходит, когда через атом в момент излучения проходит гравитационная волна.

Гравитационные волны не просто растягивают пространство — они также возмущают так называемое квантовое электромагнитное поле. Это невидимое поле, пронизывающее всё пространство, через которое распространяется свет. Каждый раз, испуская фотон, атом взаимодействует с этим полем. Проходящая гравитационная волна слегка модулирует поле, что, в