Квантовый сенсор снизил шумы в детекторах гравитационных волн

Международная группа физиков под руководством исследователей из Имперского колледжа Лондона разработала прототип квантового сенсора, предназначенного для подавления шумов лазерных систем. Технология направлена на повышение чувствительности приборов, фиксирующих крайне слабые сигналы из космоса.

По данным журнала Nature, задача исследования связана с одной из ключевых проблем современной физики: внутренние шумы оборудования часто полностью перекрывают сигналы от гравитационных волн и потенциальных проявлений тёмной материи.

Как работает атомная интерферометрия

Предложенный метод основан на атомной интерферометрии, где лазеры разделяют облака атомов, а затем снова объединяют их для анализа микроскопических изменений в движении.

Сравнение двух пространственно разделённых атомных облаков, управляемых одним лазером, позволяет фиксировать отклонения, которые могут указывать на прохождение гравитационных волн или влияние тёмной материи.

Проблема лазерного шума

Главным ограничением подобных систем остаётся фазовый шум лазеров. Его амплитуда часто превышает ожидаемые космические сигналы, «ослепляя» детектор и снижая точность измерений.

Для решения этой проблемы учёные предложили дифференциальную схему: два независимых интерферометра работают одновременно, а затем их данные сравниваются для компенсации шумов.

Лабораторная проверка метода

Эксперимент был проведён в Имперском колледже Лондона с использованием атомов стронция-87, охлаждённых почти до абсолютного нуля и удерживаемых лазерными ловушками. Исследователи намеренно добавили искусственный шум, чтобы проверить устойчивость системы. Несмотря на разрушение отдельных сигналов, при сравнении данных шум эффективно исчезал.

Система также смогла выделить искусственный сигнал, имитирующий гравитационную волну, подтвердив работу на фундаментальном квантовом пределе чувствительности.

Перспективы технологии

Разработка открывает путь к созданию новых длиннобазовых интерферометров. Подобные системы могут быть использованы в проектах лаборатории Ферми, CERN, а также в инициативах MAGIS и AICE.

Эти установки рассматриваются как основа будущих глобальных сетей наблюдения за гравитационными волнами и тёмной материей.

Больше новостей и эксклюзивных видео смотрите в канале Самара Онлайн 24 в MAX.