Forskare från Stockholms universitet, Nordita och Tübingens universitet har föreslagit att gravitationsvågor kan detekteras genom att observera förändringar i ljuset som emitteras av atomer. Vågorna skulle subtilt förskjuta fotonfrekvenser i olika riktningar utan att förändra emissionshastigheten. Denna metod kan möjliggöra kompakta detektorer som använder system med kalla atomer.
Gravitationsvågor, krusningar i rumtiden från händelser som kolliderande svarta hål, detekteras vanligtvis med kilometerstora instrument som mäter små avståndsförändringar. En teoretisk studie som antagits för publicering i Physical Review Letters erbjuder en ny metod: att undersöka hur dessa vågor påverkar spontan emission från atomer. Atomer frigör ljus vid specifika frekvenser när de återgår till lägre energitillstånd genom att interagera med det kvantmekaniska elektromagnetiska fältet. Forskare menar att gravitationsvågor modulerar detta fält och förskjuter de emitterade fotonernas frekvenser riktat. Jerzy Paczos, doktorand vid Stockholms universitet, förklarade: 'Gravitationsvågor modulerar kvantfältet, vilket i sin tur påverkar spontan emission. Denna modulering kan förskjuta frekvenserna hos de emitterade fotonerna jämfört med ett scenario utan vågor.' Den totala ljusemissionshastigheten förblir oförändrad, vilket skapar ett distinkt riktningsmönster i spektrumet som avslöjar vågens riktning och polarisation, vilket underlättar att skilja signaler från brus. Denna signatur har undgått uppmärksamhet fram till nu eftersom den totala ljusstyrkan förblir densamma. Idén inriktar sig på lågfrekventa vågor, vilket är relevant för framtida rymduppdrag. System som atomur med precisa optiska övergångar och långa interaktionstider i experiment med kalla atomer är lovande för tester. Navdeep Arya, postdoktoral forskare vid Stockholms universitet, noterade: 'Våra resultat kan öppna en väg mot kompakt detektering av gravitationsvågor, där den relevanta atomensemblen är i millimeterskala.' Författarna liknar atomer vid en stadig ton som ändras riktat av passerande vågor. Även om uppskattningarna är lovande krävs en grundlig brusanalys för att avgöra genomförbarheten. Studien, utförd av Jerzy Paczos, Navdeep Arya, Sofia Qvarfort, Daniel Braun och Magdalena Zych, tillhandahölls av Stockholms universitet.
