Международная группа учёных впервые построила полноценный квантовый детектор, предназначенный для поиска гравитационных волн и частиц тёмной материи.
Как сообщила пресс-служба Имперского колледжа Лондона, устройство работает на основе принципа дифференциальной атомной интерферометрии, который позволяет значительно снизить уровень помех при измерениях. Профессор Имперского колледжа Лондона Оливье Бухмюллер, чьи слова приводятся в сообщении, заявил, что исследователям удалось сделать большой шаг вперёд на пути к созданию крупномасштабных квантовых сенсоров для решения задач фундаментальной физики. Учёные доказали, что атомная интерферометрия может работать в максимально приближенных к реальным условиям, что открывает дорогу для строительства таких проектов, как американский детектор MAGIS в лаборатории Ферми и европейская установка AICE в ЦЕРН.
Атомные интерферометры, как пояснили исследователи, представляют собой измерительные приборы, которые используют квантовые свойства атомов для сверхточного определения изменения положения частиц в пространстве под воздействием различных сил, включая гравитацию. В основе таких устройств лежат оптические ловушки, которые удерживают и изолируют от внешней среды облака одиночных атомов цезия, натрия или стронция. В ходе замеров учёные манипулируют квантовыми состояниями атомов таким образом, что те начинают вести себя не как частицы, а как волны. Отслеживая взаимодействие этих волновых объектов с лазерными лучами, можно с высокой точностью измерять силу гравитации и определять другие фундаментальные константы. Главная проблема, которая раньше мешала таким измерениям, заключалась в том, что сам лазерный луч создавал помехи, которые не позволяли увидеть следы прохождения частиц тёмной материи или гравитационных волн сквозь Землю. Чтобы решить эту задачу, профессор Бухмюллер и его коллеги предложили вести наблюдения одновременно за двумя облаками атомов и вычислять разницу между полученными показателями, что позволяет полностью подавить ложные сигналы.
Руководствуясь этой идеей, физики создали прототип дифференциального атомного интерферометра на основе двух облаков атомов стронция-87, охлаждённых до температуры в два микрокельвина, что составляет около минус 273,1 градуса Цельсия. Эксперименты показали, что прибор позволяет измерять положение атомов с максимально возможной точностью, допустимой законами квантовой механики, даже при искусственном внесении помех в лазерный луч.
Более того, учёным удалось зафиксировать искусственные колебания, которые по своей силе и структуре напоминали сигналы, которые возникают при прохождении гравитационных волн или скоплений тёмной материи через нашу планету. Это стало первым практическим подтверждением того, что строящийся американский детектор MAGIS и его запланированный европейский аналог AICE действительно смогут обнаруживать подобные астрофизические явления, подытожили исследователи, сообщает ТАСС.
