Quantenmechanik Trick kann unsichtbar Schwerewellen erkennen.

Die Existenz von Gravitationswellen oder Wellen in Raum und Zeit, lange vorhergesagt worden, aber das schwer fassbare Phänomen entzog sich Wissenschaftler seit Jahrzehnten. Jetzt schlagen Forscher eine neue Methode um diese kosmische Falten zu erkennen, von die die Quantennatur der Atome abhängt.

Gravitationswellen sind eine Folge von Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, die postuliert, dass massereiche Objekte verzerren die Raumzeit um sich herum, wodurch andere Objekte und gleichmäßiges Licht, gekrümmten Pfaden zu reisen, wenn sie in der Nähe vorbei. Objekte mit sehr starken Gravitationsfeldern wie schwarze Löcher oder dichten Sterne umkreisen in binären Paare sollten erstellen Gravitationswellen so mächtig, dass sie hier auf der Erde nachweisbar sind.

Jedoch hat kein Experiment noch der endgültige Beweis gefunden, dass schwere Wellen vorhanden sind. Eine Gruppe von Physikern, die unter der Leitung von Stanford University Peter Graham hofft zu ändern, allerdings mit einem neuen Nachweismethode rufen sie "Atom Interferometrie." [Die Suche nach Gravitationswellen (Galerie)]

"Noch hat niemand eine Gravitationswelle gesehen, aber das ist nicht der Grund, die meisten von uns sind wirklich begeistert davon," Graham sagte SPACE.com. "Wir sind im Grunde alle sicher, dass Gravitationswellen gibt. Aber Sie könnten eine Gravitationswelle Teleskop zu bauen und benutzen Gravitationswellen, um das ganze Universum betrachten."

Durch das Studium der Informationen eingebettet in diese Raum-Zeit-Falten, erklärte er, konnten Wissenschaftler erfahren Sie mehr über die Objekte, die sie gemacht und Sonde exotische Phänomene wie schwarze Löcher, Neutronensterne und andere dichten Objekten. Sie könnten auch erkunden die Geheimnisse der Schwerkraft, die noch nicht gut verstanden wird. "Sie könnten etwas lernen, über die Schwerkraft im sogenannten"starken Feld Regelung,"wo ist Schwerkraft weit über die Stärke der alles, was wir im Labor machen können," sagte Graham.

Schwerewelle Detektoren

Aktuelle Experimente Jagd Schwerewellen suchen Verzerrungen, die Länge der langen Mauern verursacht, wenn Raum-Zeit-Wellen durch sie hindurch. Der empfindlichste Schwerewelle Detektor ist LIGO (der Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), umfasst drei Detektoren in Louisiana und Washington. Jeder hat zwei Arme, zwischen 1,2 Meilen (2 Kilometer) und 2,5 Meilen (4 Kilometer) lang, die senkrecht zueinander stehen.

Wenn eine Gravitationswelle durchlaufen, sollte es einen Arm Strecken, während der Verkürzung der anderen, je nach ihrer Ausrichtung. Mit sensiblen Lasern, deren Licht gliedert sich – einen Balken unten einen Arm, ein anderer auf der anderen – LIGO ist ausgestattet, um Minute ändert sich die Länge der Wände zu erkennen. Diese Erkennungsmethode, genannt Laser Interferometrie, ist jedoch sehr anfällig für Laser Lärm oder zufällige Schwankungen in Laserlicht, das die Auswirkungen von Schwerewellen simulieren könnte.

Um das Problem der Laser Lärm umgehen, Graham und seine Kollegen Atome statt Laser verwenden möchten. Anstelle von einem Laserstrahl in zwei Teilen, die Wissenschaftler im Wesentlichen ein Atom gliedern möchten – eine Perspektive, die durch die Quantenmechanik. Nach dieser Theorie sind die Partikel weniger wie kleine Kugeln und eher trübe Wolken der Wahrscheinlichkeit durch Gleichungen genannt Wellenfunktionen beschrieben. Sie existieren definitiv an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit nicht, es sei denn durch direkte Messungen festgenagelt.

Kernspaltung

Für Atom-Interferometrie gliedert sich die Wellenfunktion eines Atoms. "Das Atom in eine seltsame Quantum mechanische Kombination von hier und da", sagte Graham. "Wenn ein Schwerewelle durch das Interferometer fliegt, werden dann die beiden Hälften des Atoms in Bezug zueinander wegen dieser Schwerewelle beschleunigen."

Um diese Beschleunigung zu messen, würde das Experiment Laser, potenziell Einführung das Lärmproblem Laser überall wieder verwenden. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, wollen die Forscher zwei Atom-Interferometer auf zwei Satelliten zu starten, die einen bestimmten Abstand umkreisen würde. "Wenn Sie die gleichen Laserstrahl gleichzeitig auf die beiden Atom-Interferometer glänzen, dann Sie das gleiche Geräusch in beide der Atome zu lesen erhalten, aber die Gravitationswelle Signal nicht das gleiche an den zwei Stellen, ist so dass der Schlüssel ist,", sagte Graham, fügte hinzu, dass der Laser-Lärm im Vergleich und aus das Signal subtrahiert werden kann.

Das Experiment funktioniert am besten auf Raumfahrzeugen und nicht auf dem Boden, weil die normale Vibrationen und Beben der Erde Messungen in bodengebundenen Detektoren verunreinigen könnte.

Die Forscher schätzen, eine solche Mission zwischen $ 100 Millionen und $ 1 Milliarde Kosten würde – kein Schnäppchen, aber deutlich billiger als vorgeschlagene weltraumgestützte Laser-Interferometer, die drei Satelliten, nicht zwei erfordern würde. Eine geplante gemeinsame amerikanisch-europäische Schwerewelle-Jagd Laser Interferometer Weltraummission namens LISA (Laser Interferometer Space-Antenne) wurde in 2011 aufgrund fehlender Mittel abgebrochen.

Die Wissenschaftler beschreiben das Atom-Interferometer-Konzept in der 25 April-Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters.

Dieser Geschichte wurde zur Verfügung gestellt von SPACE.com, eine Schwester Website zu LiveScience. Folgen Sie Clara Moskowitz auf Twitter und Google + . Folgen Sie uns @Spacedotcom, Facebook und Google +.