Рис.1. Принцип измерения гравитационной силы с помощью эффекта "задержанного света". Движущаяся масса источника гравитационно притягивает пробную массу, скручивая подвешенный маятник и изменяя зазор связи микрорезонатора и волокна. Крутая фазовая дисперсия вблизи точки «задержанного света» усиливает оптическое считывание этого крошечного движения. Концептуальная иллюстрация; масштаб не соблюден. Авторство: создано с помощью ИИ и OpenAI ChatGPT на основе исследования Вэньцзе Вана и его коллег из Шанхайского университета Цзяотун.

Основная идея похожа на классический эксперимент Кавендиша, но в качестве считывающего устройства используется оптический микрорезонатор. Небольшая масса источника создает крошечную гравитационную силу, действующую на крутильный маятник. Это слегка перемещает кремниевую микросферу относительно сужающегося оптического волокна. Поскольку зазор между ними составляет всего около 100 нанометров, даже очень небольшое смещение может заметно изменить их оптическую связь. Свет внутри микрополости связан с колебаниями. Скоординированная реакция между пакетами света и колебательной энергией сильно изменяет способ распространения света внутри полости.

В ходе эксперимента учёные воздействуют на микрорезонатор вблизи точки остановки света, где оптическая фаза изменяется чрезвычайно быстро с частотой. Эта дисперсия делает оптический сигнал гораздо более чувствительным к крошечным механическим смещениям, вызванным гравитацией. В измерениях с временной модуляцией масса источника периодически перемещалась таким образом, чтобы гравитационный сигнал появлялся на известной частоте, что помогло отличить его от фонового шума. Далее записывались оптические показания во времени и использовался калиброванный отклик для определения смещения маятника.

Рис.2. Экспериментальная схема датчика ускорения свободного падения на основе торсионного маятника. На вставке показана оптическая микрофотография системы микросфера-конус и распределение оптического поля в области связи. Источник: Nature Nanotechnology (2026). DOI: 10.1038/s41565-026-02298-8

Было обнаружено, что взаимодействие света и вибраций в датчике приводит к "замедленным распространением света". Проще говоря, распространение световых импульсов значительно замедляется. В результате оптический отклик приводит к тому, что крошечные движения маятника вызывают более заметные изменения в измеряемом световом сигнале.

Были проведены несколько контрольных экспериментов, чтобы убедиться, что сигнал действительно связан с гравитацией. Учёные использовали электростатическое экранирование и виброизоляцию, и, что важно, сравнили сферы одинакового объема, изготовленные из разных материалов. Измеренный отклик увеличивался с массой источника, как и ожидалось от ньютоновской гравитации, и не связан с площадью поверхности или объемом.