Атомные часы с оптической решеткой станут чувствительным элементом детектора гравитационных волн

Обнаружение гравитационных волн, источником которых являлось столкновение двух небольших черных дыр, выполненное при помощи наземной гравитационной обсерватории LIGO, подстегнуло энтузиазм ученых к разработке новых сверхвысокочувствительных гравитационных детекторов.

----------------------<cut>----------------------

Наземные гравитационные обсерватории, как правило, используют датчики, разнесенные на значительное расстояние, это позволяет зарегистрировать при их помощи искривления пространственно-временного континуума, амплитудой, сопоставимой с размером атома. Однако, такие датчики подвержены воздействию шумов и помех, некоторые из которых имеют низкую частоту, приближенную к частоте искомых гравитационных волн, и очистка полученных сигналов от таких шумов является весьма и весьма сложным занятием.

Для решения данной проблемы исследователи из Центра астрофизики Гарварда-Смитсона (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA) разработали концепт космического датчика гравитационных волн, который состоит из двух спутников, связанных друг с другом только лучом света высокостабильного лазера. В недрах каждого из этих спутников находятся атомные часы на базе оптической решетки, которые выступают в роли измерителя частоты лазерного света. Сверхвысокоточная синхронизация хода этих часов позволит при их помощи регистрировать последствия Допплеровского эффекта, возникшего в момент прохождения гравитационных волн. А точность таких измерений конкурентноспособна или превышает точность других подобных космических датчиков.

Атомные часы с оптической решеткой станут чувствительным элементом детектора гравитационных волн

Принцип работы оптических атомных часов, основанный на использовании некоторых особенностей строения атомов, позволит измерять низкочастотные гравитационные волны, частота которых лежит в диапазоне от 3 до 10 Гц, обеспечивая максимальную чувствительность в указанном диапазоне. И, в отличие от проектов других интерферометров космического базирования, проект, предложенный специалистами CfA, требует использования двух спутников, которые можно интегрировать в единую систему вместе с наземными средствами.

В пользу реальности данного проекта говорит тот факт, что центр CfA давно уже известен, как разработчик и изготовитель некоторых самых высокоточных устройств во всем мире. В число разработок специалистов центра входит водородный квантовый генератор для часов, используемых НАСА для отслеживания местоположения спутников, лазерные частотные гребенки, при помощи которых производятся высокоточные измерения перемещений звезд и других космических объектов при помощи технологии интерферометрии с длинной базой.