Группа физиков под руководством ученых из Уорикского университета представила первый унифицированный подход к поиску флуктуаций пространства-времени – микроскопических случайных искажений, возникающих при попытках объединить квантовую физику с теорией гравитации. Эти колебания были впервые предсказаны физиком Джоном Уилером, однако существенные различия в теоретических моделях долгое время мешали экспериментаторам определить, какой именно сигнал необходимо искать в массивах данных.
В исследовании, опубликованном в журнале «Nature Communications», авторы разделили гипотетические флуктуации на три основные категории в зависимости от их характеристик. Для каждой группы были выделены специфические маркеры, которые можно обнаружить при помощи лазерных интерферометров. Методика подходит как для работы с крупными объектами вроде гравитационно-волновой обсерватории LIGO, так и для использования на компактных лабораторных установках QUEST и GQuEST, созданных в Великобритании и США.
Анализ показал, что разные типы детекторов обладают уникальными преимуществами для решения этой задачи. Небольшие настольные системы превосходят LIGO по ширине диапазона частот, что позволяет им фиксировать более сложные паттерны сигналов. В то же время гигантские детекторы остаются эффективным инструментом для подтверждения самого факта наличия искажений структуры пространства, хотя нужные для этого данные пока недоступны в публичных архивах наблюдений из-за технических ограничений.
Новый подход также разрешает многолетний спор о роли оптических резонаторов в повышении чувствительности приборов. Исследователи доказали, что наличие плечевых полостей интерферометра действительно улучшает качество измерений, но степень этого влияния напрямую зависит от свойств конкретного типа флуктуаций. Универсальность предложенного метода позволяет использовать его не только в поисках квантовой гравитации, но и при изучении темной материи или стохастического фона гравитационных волн.
По словам авторов работы, созданный алгоритм переводит абстрактные математические гипотезы в плоскость практических экспериментов. Это позволяет тестировать различные физические теории при помощи уже существующего оборудования, не дожидаясь появления технологий будущего. Ожидается, что в ближайшие годы методика поможет в проектировании более точных интерферометров, способных окончательно подтвердить или опровергнуть ключевые представления о квантовой природе гравитации.