As ondas gravitacionais são pequenas ondulações no espaço-tempo causadas por poderosos eventos cósmicos, como a colisão de buracos negros. Até agora, os cientistas detectaram-nos medindo mudanças extremamente pequenas na distância, utilizando instrumentos enormes que abrangem quilómetros. Um novo estudo teórico, aceito para publicação Carta de revisão físicaProponha uma estratégia muito diferente. Pesquisadores da Universidade de Estocolmo, Nordita e da Universidade de Tübingen propõem observar como essas ondas alteram sutilmente a luz emitida pelos átomos. Embora o conceito seja promissor, ainda precisa ser testado experimentalmente.
Os átomos que absorvem energia não permanecem excitados por muito tempo. Eles retornam rapidamente a um estado de energia mais baixo emitindo luz em uma determinada frequência, um processo conhecido como emissão espontânea. Esse comportamento vem da interação dos átomos com campos eletromagnéticos quânticos.
“As ondas gravitacionais alteram o campo quântico, o que afecta a emissão espontânea”, disse Jerzy Paczos, estudante de doutoramento na Universidade de Estocolmo. “Esta modulação pode alterar a frequência dos fótons emitidos em comparação com o caso sem onda.”
Sinais ocultos em luzes direcionais
Segundo os pesquisadores, as ondas gravitacionais não mudarão a frequência com que os átomos emitem luz. Em vez disso, eles mudarão sutilmente a frequência dos fótons emitidos, dependendo da direção em que viajam. Como a taxa total de emissão permanece a mesma, este efeito tem passado despercebido até agora.
O resultado será um padrão direcional distinto no espectro de luz. Este padrão pode transportar informações sobre a direção e polarização das ondas gravitacionais, fornecendo uma forma de distinguir sinais reais do ruído de fundo.
Átomos Frios e Detectores de Futuro
A detecção de ondas gravitacionais de baixa frequência é um objetivo importante para futuras missões espaciais. A equipa salienta que os sistemas baseados em relógios atómicos, que dependem de transições ópticas muito precisas, podem ser particularmente eficazes. Esses sistemas permitem longos tempos de interação, tornando as configurações de átomos frios um forte candidato para testar o conceito.
Uma alternativa compacta para instrumentos gigantes
Os pesquisadores compararam o átomo a um instrumento musical estático que geralmente soa igual em todas as direções. Uma onda gravitacional transitória, no entanto, mudará sutilmente a forma como esse tom é ouvido, dependendo da direção.
“Nossos resultados podem abrir um caminho para a detecção compacta de ondas gravitacionais, onde o acoplamento atômico relevante é em escala milimétrica”, disse Navdeep Arya, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Estocolmo. “É necessária uma análise completa do ruído para avaliar a viabilidade prática, mas as nossas primeiras estimativas são promissoras”.
Se confirmada, esta abordagem poderá eventualmente levar a detectores muito menores e mais acessíveis, proporcionando uma nova forma de observar os fenómenos mais dramáticos do Universo.
