Naukowcy wprowadzili przełomową metodę wykrywania fale grawitacyjne wykorzystując rezonans Mössbauera, który słynie ze swojej precyzji.
Technika ta naśladuje wyjątkową wrażliwość żabich oczu na ruch, umożliwiając wykrywanie i szczegółową analizę kierunku i polaryzacji fal grawitacyjnych. Takie podejście mogłoby znacznie poszerzyć naszą wiedzę na temat zjawisk grawitacyjnych.
Detekcja fal grawitacyjnych metodą rezonansu Mössbauera
Naukowcy z Instytutu Fizyki Wysokich Energii (IHEP) Chińskiej Akademii Nauk zaproponowali innowacyjną metodę wykrywania fal grawitacyjnych poprzez wykorzystanie rezonansu Mössbauera, jednego z najbardziej precyzyjnych mechanizmów współczesnej nauki.
Ich odkrycia, niedawno opublikowane w Biuletyn Naukowypodkreślają nowe podejście, które może zrewolucjonizować badanie fal grawitacyjnych. Analogicznie do wrażliwości żabich oczu na ruch, zupełnie nowy stacjonarny układ Mössbauera jest szczególnie dostosowany do zmiennych w czasie przesunięć energii spowodowanych wibracjami czasoprzestrzeni i umożliwia rekonstrukcję zarówno kierunku, jak i polaryzacji fal grawitacyjnych.
Efekt Mössbauera i jego zastosowania
Efekt Mössbauera, który polega na emisji bezodrzutowej i absorpcji fotonów promieniowania rentgenowskiego przez jądra związane w siatce, był kluczowym odkryciem docenionym Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki w 1961 roku. Znany ze swojej wyjątkowej precyzji efekt ten został po raz pierwszy zastosowany do badania grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni w słynnym eksperymencie na wieży Harvarda i od tego czasu jest szeroko stosowany w naukach o materiałach i chemii, a także w rozwoju spektroskopii Mössbauera.
Innowacyjne podejścia do pomiaru fal grawitacyjnych
W swojej najnowszej propozycji naukowcy z IHEP badają potencjał stacjonarnego układu Mössbauera, w którym grawitacyjne przesunięcia częstotliwości spowodowane zmianami wysokości mogłyby zastąpić tradycyjne przesunięcie Dopplera stosowane w różnicowej spektrometrii Mössbauera. Dla izotopów takich jak 109Ag, które mają wyjątkowo wąską względną szerokość linii wynoszącą 10-22metoda ta pozwala na przestrzenną lokalizację rezonansu Mössbauera za pomocą dokładność o grubości 10 mikronów.
Ulepszona detekcja za pomocą spektroskopii Mössbauera
„Doszliśmy do wniosku, że lokalne pole grawitacyjne jest doskonałym miernikiem do kalibracji energii w przypadku przesunięcia grawitacyjnego” – powiedzieli prof. Yu Gao i prof. Huaqiao Zhang (IHEP). Powiedzieli, że pomysł pojawił się podczas dyskusji na temat tego, czy systemy nuklearne mogą sondować foton przesunięcie energii wewnątrz tła fali grawitacyjnej.
W miarę przechodzenia fal grawitacyjnych indukują fluktuacje energii fotonów Mössbauera. Pod wpływem lokalnego pola grawitacyjnego fluktuacje te prowadzą do pionowych przemieszczeń plamki rezonansowej. Według obliczeń zespołu, przy wystarczającej rozdzielczości przestrzennej, układ mógłby osiągnąć niezwykłą czułość na fale grawitacyjne.
Perspektywy na przyszłość i integracja laboratoriów
„Spektroskopia Mössbauera dzięki swojej niezrównanej precyzji stała się nieocenionym narzędziem w różnych dziedzinach badań” – powiedział prof. Wei Xu z IHEP. „Integrując ten nowy scenariusz wykrywania, naszym celem jest urzeczywistnienie tej koncepcji w nowoczesnym środowisku laboratoryjnym”.
Nowoczesne detektory wysokoenergetyczne, charakteryzujące się doskonałą rozdzielczością przestrzenną i czasową, umożliwiają monitorowanie rezonansu Mössbauera w czasie rzeczywistym. W artykule zaproponowano nowatorski układ, w którym detektory są rozmieszczone w konfiguracji kołowej wokół aktywowanego źródła srebra, zwiększając czułość nie tylko na siłę fal grawitacyjnych, ale także na kierunek ich propagacji i kąt polaryzacji.
Odniesienie: „Schemat Mössbauera mający na celu badanie fal grawitacyjnych” autorstwa Yu Gao, Wei Xu i Huaqiao Zhang, 25 lipca 2024 r., Biuletyn Naukowy.
DOI: 10.1016/j.scib.2024.07.038
