Các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp phát hiện sóng hấp dẫn vô cùng đơn giản, mà hầu như không thể tin được

Cách tiếp cận mới trong việc tìm kiếm sóng hấp dẫn

Các nhà khoa học từ Đại học Stockholm, Nordita và Đại học Tübingen đã đề xuất một phương pháp hoàn toàn khác để phát hiện sóng hấp dẫn. Thay vì đo dao động độ dài sóng ánh sáng trong các interferometer hàng nghìn km, họ dự định ghi nhận sự thay đổi màu sắc của photon được phóng ra bởi nguyên tử.

Tại sao điều này quan trọng
* Các bộ dò hiện tại

LIGO, Virgo và KAGRA sử dụng gương có chiều dài khoảng ba km. Nhờ đó chúng nhạy với sóng tần số cao phát sinh khi các lỗ đen nhỏ và ngôi sao neutron va chạm.

* Sự kiện tần số thấp

Hợp nhất của lỗ đen siêu khổng lồ tạo ra sóng hấp dẫn có chu kỳ lên tới vài năm. Để ghi nhận chúng cần gương trải dài hàng trăm nghìn km – điều này chỉ khả thi trong không gian (kế hoạch vào cuối năm 2030).

* Giải pháp thay thế nhỏ gọn

Các nhà khoa học Thụy Sĩ đã phát triển một lý thuyết cho phép tạo ra các bộ dò di động cho những sự kiện này. Điều đó sẽ làm đơn giản và nhanh chóng quá trình xây dựng.

Cách thức hoạt động của ý tưởng mới
1. Modulation trường lượng tử – sóng hấp dẫn đi qua nhẹ nhàng thay đổi pha của trường điện từ xung quanh nguyên tử.

2. Phát xạ tự phát – các nguyên tử hấp thụ năng lượng, chuyển sang trạng thái kích thích và sau một thời gian trở lại mức cơ bản, phóng ra photon.

3. Độ lệch tần số photon – modulation dẫn đến sự dịch chuyển nhỏ của tần số (màu sắc) của photon phát ra. Sự dịch chuyển này phụ thuộc vào hướng di chuyển của photon.

Cho tới nay những hiệu ứng như vậy chưa được ghi nhận, vì sóng hấp dẫn không ảnh hưởng đến cường độ phóng xạ tự phát; độ sáng vẫn giữ nguyên. Tuy nhiên các đặc tính phổ của ánh sáng thay đổi tùy theo cường độ và hướng của sóng – điều này đã được xác nhận lý thuyết.

Thực hiện công nghệ
* Đồng hồ nguyên tử – các bộ dò mới sẽ sử dụng đồng hồ nguyên tử siêu ổn định trên nguyên tử siêu lạnh.

* Thời lượng sự kiện – những đồng hồ này có khả năng theo dõi quá trình kéo dài tới vài năm, điều tuyệt vời cho việc quan sát hợp nhất lỗ đen siêu khổng lồ.

* Lợi thế – tính nhỏ gọn và thời gian khởi động nhanh hơn so với các interferometer laser không gian khổng lồ.

Các bước tiếp theo
Những nhà khoa học nhấn mạnh nhu cầu phân tích kỹ lưỡng tiếng ồn, nhưng những đánh giá ban đầu có vẻ đầy hứa hẹn. Nếu lý thuyết được xác nhận, sẽ xuất hiện các thiết bị nhỏ gọn mở ra một lớp sóng hấp dẫn mới, trước đây chưa thể quan sát được.