As ondas gravitacionais são pequenas ondulações produzidas por eventos cósmicos poderosos, como colisões de buracos negros. Até agora, os cientistas detectaram-nos medindo mudanças extremamente pequenas na distância, utilizando grandes instrumentos que se estendem por quilómetros. Um novo estudo teórico, aceito para publicação em Cartas de revisão físicapropôs uma estratégia muito diferente. Pesquisadores da Universidade de Estocolmo, da Universidade Nordita e da Universidade de Tübingen propõem estudar como essas ondas modificam sutilmente a luz emitida pelos átomos. Embora a ideia seja promissora, ainda precisa ser testada 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 frequência específica, um processo denominado emissão espontânea. Esse comportamento resulta da interação dos átomos com campos eletromagnéticos quânticos.
“As ondas gravitacionais modulam o campo quântico, que por sua vez afeta a emissão espontânea”, disse Jerzy Paczos, estudante de doutorado na Universidade de Estocolmo. “Esta modulação pode alterar a frequência dos fótons emitidos em comparação com o caso sem ondas.”
Sinais ocultos na luz direcional
Os pesquisadores dizem que as ondas gravitacionais não alteram a frequência com que os átomos emitem luz. Em vez disso, eles alteram sutilmente a frequência dos fótons emitidos, dependendo da direção em que os fótons estão viajando. Dado que a taxa global de emissão permanece constante, este efeito não foi notado até agora.
O resultado será um padrão direcional distinto no espectro. Este padrão pode transportar informações sobre a direção e polarização das ondas gravitacionais, fornecendo uma maneira de separar sinais reais do ruído de fundo.
Átomos frios e detectores futuros
A detecção de ondas gravitacionais de baixa frequência é um objetivo importante das futuras missões espaciais. A equipe observa que sistemas baseados em relógios atômicos que dependem de transições ópticas muito precisas podem ser particularmente úteis. Esses sistemas permitem longos tempos de interação, tornando os dispositivos de átomos frios fortes candidatos para testar essa ideia.
Substituição compacta para instrumentos gigantes
Os pesquisadores compararam os átomos a um tom musical estável, que normalmente soa igual em todas as direções. No entanto, a passagem das ondas gravitacionais muda sutilmente a forma como esse som é ouvido, dependendo da direção.
“Nossos resultados podem abrir caminho para a detecção compacta de ondas gravitacionais, onde o conjunto atômico relevante é em escala milimétrica”, disse Navdeep Arya, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Estocolmo. “Será necessária uma análise completa do ruído para avaliar a viabilidade prática, mas as nossas estimativas iniciais são promissoras”.
Se confirmada, esta abordagem poderá eventualmente levar a detectores mais pequenos e mais acessíveis, proporcionando uma nova forma de observar alguns dos eventos mais dramáticos do Universo.
