Des scientifiques de l'université de Stockholm, de Nordita et de l'université de Tübingen ont suggéré de détecter les ondes gravitationnelles en observant les changements dans la lumière émise par les atomes. Ces ondes modifieraient subtilement les fréquences des photons dans différentes directions sans altérer les taux d'émission. Cette approche pourrait permettre de créer des détecteurs compacts utilisant des systèmes d'atomes froids.
Les ondes gravitationnelles, des ondulations dans l'espace-temps résultant d'événements tels que la collision de trous noirs, sont généralement détectées à l'aide d'instruments à l'échelle du kilomètre mesurant d'infimes variations de distance. Une étude théorique acceptée pour publication dans Physical Review Letters propose une nouvelle méthode : examiner comment ces ondes affectent l'émission spontanée des atomes. Les atomes émettent de la lumière à des fréquences spécifiques lorsqu'ils retournent à des états d'énergie inférieurs, interagissant avec le champ électromagnétique quantique. Selon les chercheurs, les ondes gravitationnelles modulent ce champ, décalant directionnellement les fréquences des photons émis. Jerzy Paczos, doctorant à l'université de Stockholm, a expliqué : « Les ondes gravitationnelles modulent le champ quantique, ce qui affecte à son tour l'émission spontanée. Cette modulation peut décaler les fréquences des photons émis par rapport au cas sans onde. » Le taux global d'émission lumineuse reste inchangé, créant un motif directionnel distinct dans le spectre qui révèle la direction et la polarisation de l'onde, aidant à distinguer les signaux du bruit. Cette signature était passée inaperçue jusqu'à présent car la luminosité globale reste constante. L'idée cible les ondes basse fréquence, pertinentes pour les futures missions spatiales. Des systèmes tels que les horloges atomiques avec des transitions optiques précises et de longs temps d'interaction dans des configurations d'atomes froids sont prometteurs pour des tests. Navdeep Arya, chercheur postdoctoral à l'université de Stockholm, a noté : « Nos conclusions pourraient ouvrir la voie à une détection compacte des ondes gravitationnelles, où l'ensemble atomique pertinent est à l'échelle du millimètre. » Les auteurs comparent les atomes à une tonalité constante modifiée directionnellement par le passage des ondes. Bien que les estimations soient prometteuses, une analyse approfondie du bruit est nécessaire pour confirmer la faisabilité. L'étude, menée par Jerzy Paczos, Navdeep Arya, Sofia Qvarfort, Daniel Braun et Magdalena Zych, a été fournie par l'université de Stockholm.
