Квантовый сенсор поможет преодолеть помехи в поиске темной материи и гравитационных волн

Физики из Имперского колледжа Лондона разработали прототип квантового сенсора, способного решить одну из ключевых проблем в поиске экзотических форм темной материи и гравитационных волн ранней Вселенной. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Современные методы поиска темной материи и гравитационных волн основаны на использовании лазеров, которые облучают облака атомов в разных точках пространства. Сравнение полученных данных может указать на присутствие поля темной материи или других физических явлений. Однако у этой технологии есть серьезное ограничение: лазеры создают так называемый фазовый шум, интенсивность которого значительно превышает уровень искомых сигналов. Без специальных методов коррекции такие помехи полностью скрывают полезную информацию.

Для решения этой проблемы ученые предложили дифференциальный подход, при котором данные двух интерферометров сравниваются между собой, а общий шум взаимно компенсируется. В новом эксперименте удалось получить свидетельства эффективности этой технологии.

В ходе эксперимента использовались два пространственно разделенных облака ультрахолодных атомов стронция-87, которые облучались одним сверхстабильным лазером — аналогичным тем, что применяются в атомных часах. Такой подход позволил минимизировать влияние лазерного шума и повысить чувствительность измерений.

Как отмечают авторы работы, разработка открывает новые возможности для поиска темной материи и гравитационных волн, которые традиционные методы не позволяют зафиксировать из-за высокого уровня помех. Дальнейшее развитие технологии может привести к созданию более чувствительных детекторов, способных регистрировать сигналы, ранее считавшиеся недоступными.