Vědci našli způsob, jak až stokrát zlepšit přesnost měření vzdáleností ve vesmíru

Výzkum týmu se zaměřil na tzv. Hanbury Brown–Twiss (HBT) efekt, který je klíčový pro intenzitní interferometrii a kvantovou optiku. Dosud bylo možné HBT efekt pozorovat pouze na jedné frekvenci, což značně omezovalo jeho aplikace. Autoři nyní v článku v časopisu APL Photonics představili nový spektrometr schopný současně detekovat HBT efekt na více frekvencích.

Konkrétně úspěšně pozorovali tento jev na pěti různých spektrálních frekvencích neonu, čímž demonstrovali schopnosti nového přístroje a zaznamenali významný krok směrem k širokopásmové kvantově asistované interferometrii.  

Související

Lukáš Bauer

Astronomové objevili kyslík v nejvzdálenější…

Martin Pokorný

V okolí obrovské černé díry uprostřed naší…

„Úspěšné pozorování HBT efektu současně na pěti frekvencích představuje zásadní pokrok,“ vysvětluje Sergei Kulkov, jeden z hlavních autorů výzkumu z laboratoře CAPADS na katedře fyziky FJFI ČVUT. „Tento úspěch dokazuje možnost rozšíření intenzitní interferometrie do širokopásmového režimu s využitím fázově citlivých metod, které umožňují určit směr, ze kterého světlo přichází. Naše kvantově asistované techniky by mohly výrazně zvýšit přesnost měření a otevřít průlomové aplikace v astrofyzice a kosmologii.“ 

Intenzitní interferometrie v současnosti dosahuje rozlišení v řádu miliobloukových vteřin (mas), zatímco kvantově asistované metody by mohly potenciálně zlepšit rozlišení až na 10–100 mikroobloukových vteřin (µas) u jasných hvězd. Toto zvýšení přesnosti by výrazně zlepšilo měření paralaxy a zpřesnilo kosmologický žebřík vzdáleností, a tím i určení Hubbleovy konstanty.

Další aplikace zahrnují mapování gravitačních mikročoček, přímé pozorování akrečních disků kolem černých děr, charakterizaci exoplanet a detekci gravitačních vln na dosud nedostupných frekvencích. 

„Naše nedávná měření představují významný první krok k realizaci kvantově asistované interferometrie,“ doplňuje Peter Švihra, vedoucí vědeckého výzkumu a vývoje ve skupině CAPADS. „Tato metoda spočívá v detekci párů fotonů pocházejících z různých zdrojů, což vyžaduje extrémně vysokou časovou a spektrální přesnost – řádově několik pikosekund a pikometrů – kvůli zachování nerozlišitelnosti fotonů podle Heisenbergova principu neurčitosti. Sergei sehrál klíčovou roli v těchto prvních měřeních, na nichž se podílela zhruba čtvrtina našeho týmu CAPADS. Navíc Andrei Nomerotski, který původně navrhl jednu z fázově citlivých metod intenzitní interferometrie, nyní působí v naší skupině a pomáhá s dalším výzkumem v této oblasti.“ 

Tým Petra Švihry na výzkumu spolupracoval s prestižními institucemi, jako jsou Brookhaven National Laboratory v USA a univerzita EPFL ve Švýcarsku. Tento výzkum již získal širší vědecké uznání a na jeho základě získal Peter z laboratoře CAPADS financování od Grantové Agentury ČR v rámci projektu Junior Star. 

Zdroj: APL Photonics, ČVUT