Квантовый прорыв: новый сенсор поможет найти тёмную материю и древние гравитационные волны
Физики давно ищут ответ на вопрос: из чего состоит Вселенная? Около 85% всей материи остаётся невидимой. Её называют тёмной материей. Учёные также надеются обнаружить гравитационные волны — рябь пространства-времени от самых мощных событий в космосе. Обе задачи требуют невероятной точности. Новый квантовый сенсор может стать ключом к их решению.
Исследователи из коллаборации AION (Atom Interferometer Observatory and Network) разработали прототип устройства. Оно впервые доказало: ключевой принцип работы квантовых детекторов действует в реальных условиях. Это открывает дорогу к созданию крупномасштабных установок. Результаты опубликованы в журнале Nature [1].
Как работает квантовый сенсор
Устройство основано на атомных интерферометрах. Это приборы, которые используют лазеры для управления поведением атомов. Лазер разделяет облако холодных атомов на две части. Затем он снова сводит их вместе. Это позволяет измерять мельчайшие изменения в движении атомов с огромной точностью [2].
Главная проблема — лазерный шум. Он намного сильнее сигналов, которые пытаются зафиксировать учёные. Без специальных методов эти сигналы просто теряются [3].
Учёные давно предложили решение. Нужно использовать два интерферометра и сравнить их показания. Так можно вычесть общий шум. Но этот метод раньше не проверяли в реальных условиях. Теперь это сделали [4].
Что показал эксперимент
Команда построила прототип в лаборатории Имперского колледжа Лондона. Установка использовала два облака сверхохлаждённого стронция-87. Их разделяло расстояние в 1 миллиметр. Оба облака опрашивал один сверхстабильный лазер [5].
Чтобы проверить метод в самых жёстких условиях, исследователи намеренно добавили в систему много шума. Каждый интерферометр по отдельности стал бесполезен. Сигналы полностью исчезли в шумах. Однако при сравнении данных двух приборов картина изменилась. Чёткий сигнал восстановился. Комбинированное измерение достигло фундаментального предела, установленного квантовой физикой [6].
Затем учёные пошли дальше. Они добавили колеблющийся сигнал, похожий на тот, что создаёт гравитационная волна. Его тоже удалось обнаружить. Даже в условиях, где каждый интерферометр по отдельности ничего не показывал [7].
Что дальше: дорога к большим детекторам
Эксперимент подтвердил основной принцип работы длиннобазовых атомных интерферометров. Теперь учёные готовятся к созданию более крупных установок. Коллаборация AION планирует построить детектор AION-10 с 10-метровой вакуумной трубой в Оксфордском университете. Затем последуют 100-метровая и, возможно, километровая версии под землёй [6].
Будущие приборы позволят исследовать частоты гравитационных волн, которые пока недоступны. Они также смогут искать ультралёгкую тёмную материю в новом диапазоне масс. Среди проектов — американский MAGIS-100 в Фермилабе и европейский AICE в ЦЕРН [8].
«Мы взяли одни из самых точных инструментов — атомные часы и атомные интерферометры — и показали, что их можно перенацелить на изучение невидимых частей Вселенной», — говорит доктор Ричард Хобсон из Имперского колледжа Лондона. «Наш эксперимент пока лишь прототип. Но масштабирование до полноценной установки в ЦЕРН или Фермилабе поможет нам разобраться в глубочайших загадках физики, включая природу тёмной материи» [2].
Читайте также:
Квантовая механика: от парадокса кота до технологий будущего
Список источников
- A prototype differential atom interferometer for fundamental physics – Nature, 2026
- New quantum experiment overcomes major obstacle in search for dark matter and gravitational waves – Imperial College London, 2026
- Quantum experiment opens gravitational waves and dark matter search – UKRI, 2026
- Cancelling laser noise in atomic quantum sensors – Cavendish Laboratory, University of Cambridge, 2026
- Oxford and the search for dark matter – University of Oxford, 2026
- AION @ Imperial: Home – Imperial College London
- New quantum experiment overcomes major obstacle in search for dark matter and gravitational waves – BIST, 2026
- Fermilab completes laser lab construction for world’s largest vertical atom interferometer – Fermilab, 2026
