Sóng hấp dẫn là những “gợn sóng” rất yếu trong không-thời gian, sinh ra từ các sự kiện cực đoan như va chạm hố đen. Cho đến nay, các nhà khoa học phát hiện chúng bằng cách đo những thay đổi cực nhỏ về khoảng cách trong các thiết bị dài hàng kilomet. Những cơ sở như LIGO đã chứng minh phương pháp này hiệu quả, nhưng đòi hỏi các hệ thống khổng lồ để nhận biết những biến dạng cực nhỏ.

Một nghiên cứu mới đăng trên Physical Review Letters đưa ra hướng tiếp cận khác. Các nhà khoa học từ Đại học Stockholm, Nordita và Đại học Tübingen đề xuất phát hiện sóng hấp dẫn thông qua cách chúng ảnh hưởng đến ánh sáng do nguyên tử phát ra. Tuy nhiên, ý tưởng này hiện vẫn chưa được kiểm chứng thực nghiệm.

Nguyên tử có thể “hé lộ” sóng hấp dẫn như thế nào?

Khi một nguyên tử ở trạng thái kích thích trở về mức năng lượng thấp hơn, nó sẽ phát ra ánh sáng với tần số xác định — một quá trình lượng tử gọi là phát xạ tự phát.

Theo dự đoán, sự phát xạ này còn phụ thuộc vào hướng:

• Tổng số photon phát ra không đổi
• Nhưng tần số photon thay đổi theo hướng phát

Chính sự khác biệt theo hướng này có thể mang thông tin về:

• Hướng lan truyền của sóng hấp dẫn
• Trạng thái phân cực của nó

Điều này giúp phân biệt tín hiệu thật với nhiễu nền.

Vì sao ý tưởng này quan trọng?

Các sóng hấp dẫn tần số thấp là mục tiêu chính của các đài quan sát không gian trong tương lai.

Nhóm nghiên cứu cho rằng:

• Các chuyển tiếp quang học hẹp trong đồng hồ nguyên tử cho phép thời gian tương tác dài
• Điều này khiến hệ nguyên tử lạnh trở thành nền tảng tiềm năng để kiểm tra ý tưởng

Nói đơn giản, nguyên tử phát ra ánh sáng giống như một nốt nhạc ổn định. Khi sóng hấp dẫn đi qua, “âm thanh” này sẽ thay đổi rất nhẹ tùy theo hướng quan sát.

Nếu được xác nhận, phương pháp này có thể giúp thu nhỏ đáng kể các thiết bị phát hiện sóng hấp dẫn — từ những công trình khổng lồ xuống quy mô phòng thí nghiệm nhỏ.