Атомний годинник з оптичною гратами стануть чутливим елементом детектора гравітаційних хвиль

Виявлення гравітаційних хвиль, джерелом яких було зіткнення двох невеликих чорних дір, виконане за допомогою наземної гравітаційної обсерваторії LIGO, підстьобнуло ентузіазм вчених до розробки нових надчутливих гравітаційних детекторів.

Наземні гравітаційні обсерваторії, як правило, використовують датчики, рознесені на значну відстань, це дозволяє зареєструвати за їх допомогою викривлення просторово-часового континууму, амплітудою, порівнянної з розміром атома. Однак, такі датчики можуть бути чутливими до шумів і перешкод, деякі з яких мають низьку частоту, наближену до частоти шуканих гравітаційних хвиль, і очищення отриманих сигналів від таких шумів є вельми і вельми складним заняттям.

Для вирішення даної проблеми дослідники з Центру астрофізики Гарварда-Смитсона (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA) розробили концепт космічного датчика гравітаційних хвиль, який складається з двох супутників, пов’язаних один з одним тільки променем світла високостабільного лазера. У надрах кожного з цих супутників знаходяться атомні годинники на базі оптичної решітки, які виступають в ролі вимірювача частоти лазерного світла. Надточна синхронізація ходу цього годинника дозволить при їх допомоги реєструвати наслідки допплерівського ефекту, який виник в момент проходження гравітаційних хвиль. А точність таких вимірювань конкурентноспроможна або перевищує точність інших подібних космічних датчиків.

 

Принцип роботи оптичних атомних годин, заснований на використанні деяких особливостей будови атомів, дозволить вимірювати низькочастотні гравітаційні хвилі, частота яких лежить в діапазоні від 3 до 10 Гц, забезпечуючи максимальну чутливість в зазначеному діапазоні. І, на відміну від проектів інших інтерферометрів космічного базування, проект, запропонований фахівцями CfA, вимагає використання двох супутників, які можна інтегрувати в єдину систему разом з наземними засобами.
На користь реальності даного проекту говорить той факт, що центр CfA давно вже відомий, як розробник і виробник деяких самих високоточних пристроїв у всьому світі. У число розробок фахівців центру входить водневий квантовий генератор для годиника, використовуваних НАСА для відстежування місцеположення супутників, лазерні частотні гребінки, за допомогою яких виробляються високоточні вимірювання переміщень зірок і інших космічних об’єктів за допомогою технології інтерферометрії з довгою базою.