Международный коллектив физиков создал первый полноценный квантовый детектор гравитационных волн и темной материи, построенный на базе принципа дифференциальной атомной интерферометрии, который позволяет резко снизить уровень помех при замерах. Об этом сообщила пресс-служба Имперского колледжа Лондона (ICL).
"Мы сделали большой шаг к созданию крупномасштабных квантовых сенсоров для решения задач фундаментальной физики. Нам удалось показать жизнеспособность атомной интерферометрии в максимально реалистичных условиях проведения замеров, что открывает дорогу для постройки таких проектов, как детектор MAGIS в лаборатории Ферми и установки AICE в ЦЕРН", - заявил профессор ICL Оливье Бухмюллер, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Как объясняют профессор Бухмюллер и его коллеги, атомные интерферометры представляют собой измерительные устройства, которые используют квантовые свойства атомов для сверхточных замеров того, как меняется положение частиц в пространстве под воздействием различных сил, в том числе и гравитации. Данные приборы построены на базе особых оптических ловушек, которые удерживают в себе и изолируют от окружающей среды облака из одиночных атомов цезия, натрия или стронция.
При проведении замеров ученые манипулируют квантовыми свойствами облаков этих атомов таким образом, что они начинают вести себя не как частицы, а как волновые объекты. Отслеживая взаимодействия этих волновых объектов с лазерными лучами, можно точно замерять силу гравитации и определять другие фундаментальные константы, наблюдая за движением квантовой частицы после ее высвобождения из ловушки.
В прошлом проведению этих замеров мешало то, что взаимодействия луча лазера с облаками атомов сами по себе порождали помехи, не позволяющие увидеть следы прохождения частиц темной материи или гравитационных волн через Землю. Профессор Бухмюллер и его коллеги предположили, что эти помехи можно полностью подавить, если проводить наблюдения за сразу двумя облаками атомов и вычислять разницу между этими замерами.
Руководствуясь этой идеей, физики создали прототип дифференциального атомного интерферометра на базе двух облаков атомов стронция-87, охлажденных до температуры в два микрокельвина (минус 273,1 градуса Цельсия). Последующие опыты с этим прибором показали, что он позволяет замерять положение облаков атомов с максимально возможной точностью замеров, допустимой с учетом законов квантовой механики, даже при добавлении искусственных помех в луч лазера.
Также исследователям при помощи данного прибора удалось уловить рукотворные колебания, похожие по своей силе и структуре на сигналы, порождаемые прохождением гравитационных волн или скоплений темной материи через нашу планету. Это впервые на практике подтвердило, что уже строящийся американский детектор MAGIS и его запланированный европейский аналог AICE смогут обнаружить подобные колебания, порождаемые астрофизическими источниками, подытожили физики.