Атомные телескопы НАСА увидят гравитационные волны

Команда исследователей из Центра космических полетов имени Р. Годдарда, НАСА, получила деньги на инновационный проект по разработке нового типа астрономических приборов с атомной точностью. Некоторые ученые полагают, что данная технология сверхточных измерений найдет широкое применение в различных областях: от управления подводными лодками и самолетами до масштабных исследований Вселенной.

Передовая технология измерений на атомном уровне разрабатывается прежде всего для обнаружения гравитационных волн - ряби пространства-времени, которая вызвана различными событиями, включая Большой взрыв. Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, гравитационные волны возникают, когда массивные небесные тела двигаются и нарушают ткань пространства-времени. Однако к тому времени, как эти волны достигают Земли, они настолько слабы, что обнаружить их воздействие можно, лишь наблюдая за атомами. Именно поэтому даже самые совершенные наземные интерферометры до сих пор не смогли "увидеть" гравитационные волны.

Специалисты НАСА считают, что атомная интерферометрия поможет обнаружить гравитационные волны и даст астрономам особенный инструмент для изучения самых различных явлений: от черных дыр до охлаждения водородной плазмы и формирования атомов.

Атомная интерферометрия работает по тому же принципу, что и оптическая, в которой сравниваются два луча света. Тем не менее, она зависит от квантовой механики, в частности, от эффекта охлаждения атомов почти до абсолютного нуля, когда их можно поместить в состояние суперпозиции, разделить и направить по различным траекториям. Это позволяет создать атомный интерферометр, аналогичный оптическому, но гораздо более точный.

В настоящее время команда ученых разработала мощную узкополосную волоконно-оптическую лазерную систему, которую планируется испытать на одном из крупнейших интерферометров, расположенном в физической лаборатории Стэнфордского университета. Во время испытаний нейтральные атомов рубидия будут охлаждаться с помощью лазерных импульсов. Атомы будут разделены, и ученые получат возможность управлять их траекториями, чтобы создать интерференционную картину.

В будущем данная технология будет использоваться на космическом интерферометре, похожем на лазерный интерферометр LISA. Только, в отличие от трех аппаратов интерферометра LISA, разнесенных на расстояние миллионов километров друг от друга, компоненты атомного интерферометра будут расположены ближе друг к другу – 500-5000 км. Данный инструмент позволит обнаружить самые слабые гравитационные волны.