Gravitacijski valovi, dosad otkrivani na golemim instrumentima koji mjere gotovo nezamislivo male promjene udaljenosti, mogli bi se jednoga dana tražiti i na posve drukčiji način. Nova teorijska studija sugerira da ti poremećaji prostorvremena ne ostavljaju trag samo u samom prostoru, nego i u svjetlosti koju emitiraju pobuđeni atomi. Ako se takav učinak potvrdi eksperimentalno, otvorio bi mogućnost razvoja mnogo manjih detektora nego što ih današnja potraga zahtijeva.
Rad objavljen u časopisu Physical Review Letters izradili su istraživači sa Sveučilišta u Stockholmu, instituta Nordita i Sveučilišta u Tübingenu. Riječ je zasad isključivo o teorijskom modelu, bez pokusne potvrde, ali autori tvrde da gravitacijski valovi mogu promijeniti frekvenciju fotona koje atomi emitiraju pri povratku iz pobuđenog u niže energetsko stanje.
Gravitacijski valovi nastaju u nekim od najsnažnijih događaja u svemiru, primjerice pri spajanju crnih rupa. Njihovo izravno opažanje dosad se oslanjalo na bilježenje iznimno sitnih promjena udaljenosti na instrumentima dugima kilometrima. Nova studija polazi od drukčije pretpostavke: da valovi moduliraju kvantno elektromagnetsko polje, a time i sam proces spontane emisije, odnosno prirodnog isijavanja svjetlosti iz atoma.
Promjena se skriva u spektru
Prema izračunima autora, učinak se ne bi očitovao u ukupnoj količini emitirane svjetlosti. Atomi bi, naime, i dalje emitirali fotone jednakom ukupnom stopom, zbog čega je takav signal mogao ostati nezapažen. Promjena se pojavljuje drugdje, u raspodjeli frekvencija, i to ovisno o smjeru u kojem je foton emitiran.
Jerzy Paczos, doktorand na Sveučilištu u Stockholmu, kaže da gravitacijski valovi moduliraju kvantno polje, zbog čega emitirani fotoni mogu imati drukčiju frekvenciju nego kada vala nema. Upravo bi ta smjerna razlika u spektru mogla nositi ključnu informaciju.
Autori procjenjuju da bi takav uzorak mogao otkriti iz kojeg smjera val dolazi i kakva mu je polarizacija. To je važno i zbog jednog od najvećih problema u detekciji gravitacijskih valova, odvajanja stvarnog signala od šuma. Ako bi se predviđeni spektarski potpis doista mogao izmjeriti, bio bi to dodatni način prepoznavanja da promatrani učinak nije posljedica pozadinskih smetnji.
Hladni atomi kao test
Posebno je važno to što su gravitacijski valovi niskih frekvencija među glavnim ciljevima budućih svemirskih opservatorija. Autori smatraju da bi se njihova ideja mogla provjeriti na platformama razvijenima za atomske satove, jer vrlo uski optički prijelazi u tim sustavima omogućuju dugo vrijeme interakcije sa signalom.
Zbog toga se sustavi s hladnim atomima izdvajaju kao jedan od najozbiljnijih kandidata za buduća ispitivanja. Navdeep Arya, poslijedoktorand na Sveučilištu u Stockholmu, kaže da bi njihovi rezultati mogli otvoriti put kompaktnim senzorima gravitacijskih valova, pri čemu bi ključni atomski sklop bio velik svega nekoliko milimetara.
Od teorijskog modela do uporabljivog instrumenta, međutim, još je dug put. Autori ističu da će tek detaljna analiza šuma pokazati koliko je takav pristup izvediv u stvarnim uvjetima. Ipak, njihove prve procjene sugeriraju da ideja nije bez izgleda.
To ne znači da će kilometarski interferometri uskoro izgubiti svoju ulogu. No znači da bi se gravitacijski valovi u budućnosti možda mogli tražiti i ondje gdje ih dosad nismo tražili, u sitnim promjenama svjetlosti koju emitiraju atomi. Potvrdi li se taj učinak, potraga za jednim od najteže uhvatljivih signala u svemiru mogla bi dobiti posve nov tehnološki smjer.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
Odgovori