Детекторы, расположенные на равном расстоянии d от источника, способны обнаруживать вертикальные смещения точки резонанса Мёссбауэра. На подрисунке (справа внизу) детектор расположен за слоем поглотителя (обозначен красным). Такая конфигурация позволяет детектору отслеживать изменения высоты пиков ядерного резонанса путем точного измерения соответствующего потока фотонов. Кредит: Science China Press

Аналогично чувствительности глаз лягушки к движению, совершенно новая стационарная установка Мёссбауэра особенно чувствительна к изменяющимся во времени энергетическим сдвигам, вызванным вибрациями пространства-времени, и позволяет реконструировать как направление, так и поляризацию гравитационных волн.

Эффект Мёссбауэра, который включает в себя испускание и поглощение рентгеновских фотонов без отдачи ядрами, связанными в решетке, был ключевым открытием, признанным Нобелевской премией по физике 1961 года. Известный своей исключительной точностью, этот эффект был впервые использован для проверки гравитационного красного смещения в знаменитом эксперименте в Гарвардской башне и с тех пор широко применяется в материаловедении и химических науках, а также в развитии мёссбауэровской спектроскопии.

В этом последнем предложении ученые ИФВЭ исследуют потенциал стационарной мёссбауэровской системы, где гравитационные сдвиги частоты, вызванные изменениями высоты, могли бы заменить традиционный доплеровский сдвиг, используемый в дифференциальной мёссбауэровской спектрометрии. Для изотопов, таких как ¹⁰⁹Ag, которые обладают чрезвычайно узкой относительной шириной линии 10⁻²², этот метод позволяет пространственно локализовать мёссбауэровский резонанс с точностью до 10 микрон.

«Мы пришли к выводу, что локальное гравитационное поле — это великолепный измеритель для калибровки энергии, когда речь идет о гравитационном сдвиге», — говорят профессор Юй Гао и профессор Хуацяо Чжан (IHEP). Идея возникла во время обсуждения того, могут ли ядерные системы исследовать сдвиг энергии фотона внутри гравитационного волнового фона.

Проходя, гравитационные волны вызывают энергетические флуктуации в мёссбауэровских фотонах. Под воздействием локального гравитационного поля эти флуктуации приводят к вертикальным смещениям резонансного пятна. Согласно расчетам команды, при достаточном пространственном разрешении установка может достичь замечательной чувствительности к гравитационным волнам.

«Мессбауэровская спектроскопия с ее непревзойденной точностью стала бесценным инструментом в различных областях исследований», — сказал профессор Вэй Сюй из IHEP. «Интегрируя этот новый сценарий обнаружения, мы стремимся воплотить эту концепцию в жизнь в современных лабораторных условиях».

Современные высокоэнергетические детекторы с их превосходным пространственным и временным разрешением позволяют осуществлять мониторинг резонанса Мёссбауэра в реальном времени. В статье предлагается новая схема, в которой детекторы располагаются в круговой конфигурации вокруг активированного источника серебра, что повышает чувствительность не только к силе гравитационных волн, но и к направлению их распространения и углу поляризации.