1133
Прототип квантового сенсора на основі ультрахолодних атомів наблизив науковців до виявлення двох невловимих явищ Всесвіту — темної матерії та стародавніх гравітаційних хвиль. Команда під керівництвом Імперського коледжу Лондона подолала ключову технічну перешкоду, що досі заважала таким вимірюванням. Результати опубліковано в журналі Nature.
Прилад є частиною британської мережі AION (Atom Interferometer Observatory and Network) і працює за принципом атомної інтерферометрії. У ньому дві просторово рознесені хмари ультрахолодних атомів стронцію-87 опромінюються одним лазером; пристрій розділяє та знову об’єднує ці хмари, вимірюючи найдрібніші відхилення в русі атомів із надзвичайною точністю. Проходження гравітаційної хвилі або взаємодія з полем темної матерії мали б залишати ледь помітний слід саме в такому русі.
Головною проблемою досі був шум фази лазера, який повністю заглушав корисний сигнал. Дослідники під керівництвом Чарльза Бейнема та Річарда Гобсона показали, що порівняння показань двох інтерферометрів одночасно дозволяє відняти спільний шум, притаманний обом системам. У результаті сигнал, який в окремому вимірюванні здавався безнадійно похованим, вдалося відновити. Керівником усієї колаборації AION є професор Олівер Бухмюллер.
Такий метод диференціального вимірювання є принциповим для майбутніх установок значно більшого масштабу. Серед запланованих проєктів — експеримент MAGIS у лабораторії Фермі у США та Atom Interferometry CERN Experiment у Європі, які можуть стати одними з найбільших квантових експериментів в історії.
Значення цієї роботи в тому, що вона відкриває нове вікно у ту частину Всесвіту, яку неможливо побачити ані у видимому світлі, ані наявними гравітаційно-хвильовими обсерваторіями. Темна матерія становить основну масу космосу, але дотепер уникала прямого виявлення, а гравітаційні хвилі з ранньої епохи Всесвіту могли б розповісти про перші миті після Великого вибуху. Демонстрація того, що атомні сенсори здатні відсіювати шум і виловлювати надслабкі сигнали, робить ці амбітні цілі значно ближчими.
