Физики решили проблему шумов при поиске волн гравитации в новых детекторах

Международная группа физиков под руководством специалистов из Имперского колледжа Лондона представила опытный квантовый датчик, который помогает подавлять шум лазерных систем. Разработка должна повысить чувствительность приборов к очень слабым космическим сигналам от тёмной материи и гравитационных волн, сообщает Nature.

Работа направлена на решение одной из главных проблем современной экспериментальной физики. Внутренние помехи установок могут перекрывать слабые сигналы Вселенной, поэтому для регистрации явлений с малой амплитудой требуются приборы предельной точности.

Метод основан на атомной интерферометрии. Лазеры сначала разделяют облака атомов, а затем снова соединяют их, чтобы зафиксировать едва заметные изменения в движении частиц. Сравнение двух разнесённых в пространстве атомных облаков, освещённых одним лазером, позволяет искать расхождения, которые могут указывать на прохождение гравитационных волн или влияние поля тёмной материи.

Главным препятствием для таких систем остаётся фазовый шум лазеров. Его колебания могут быть сильнее ожидаемых космических сигналов и фактически мешать работе детектора. Чтобы снизить этот эффект, учёные предложили дифференциальную схему измерений: два независимых интерферометра работают одновременно, а затем их данные сравниваются для взаимного подавления лазерного шума.

Для проверки подхода в лаборатории Имперского колледжа Лондона создали опытную установку. В ней использовали два облака атомов изотопа стронция-87, охлаждённых почти до абсолютного нуля и удерживаемых в лазерных ловушках. Все измерения выполнялись с помощью одного высокостабильного лазера, а для испытания системы исследователи специально внесли сильный искусственный шум.

В таких условиях отдельные измерения теряли чёткость, но при математическом сравнении сигналов от двух атомных облаков общий шум исчезал. Полученные результаты подтвердили, что система способна работать на фундаментальном квантовом пределе чувствительности.

Кроме того, установка смогла выделить искусственный колебательный сигнал, имитирующий гравитационную волну. Это подтвердило возможность применения такого подхода в будущих приборах для поиска слабых космических сигналов.

Демонстрация технологии открывает путь к созданию длиннобазовых интерферометров нового поколения. Такие разработки планируют использовать на установках лаборатории Ферми, в инфраструктуре Европейской организации по ядерным исследованиям, а также в проектах MAGIS и AICE, которые рассматриваются как основа будущих глобальных систем наблюдения.

Рекомендуем также:

1. Одна таблетка меняет запах в шкафу: белье благоухает свежестью без дорогого кондиционера
2. Ошибки могут обернуться лишними начислениями: что изменится в передаче показаний воды с 1 июля
3. Три обработки и ни следа вершинной гнили: как борная кислота помогла собрать рекордный урожай томатов
4. Ваша фамилия может хранить тайну рода: какие признаки указывают на возможное дворянское происхождение
5. Не все воспоминания стоит оживлять: почему встреча с бывшими одноклассниками может оказаться ошибкой