NV centrum v diamantu. Kredit: NIST.

Chtěli byste si detekovat gravitační vlny v pokoji? Zní to šíleně. Soudobé gravitační observatoře, jako je třeba slavné LIGO mají rozměry v kilometrech. Jenomže to není hoax. Ryan Marshman z britské University College London a jeho kolegové navrhli detektor gravitačních vln s nanodiamantem, který by se vešel na stůl. Jestli takový detektor skutečně spatří světlo světa, tak to bude znamenat revoluci ve fyzice.

Ryan Marshman. Kredit: R. Marshman.

Malý detektor gravitačních vln Marshmanova týmu obsahuje nanodiamant s defektem, takzvaným NV (nitrogen-vacancy) centrem. Takový defekt vznikne nahrazením dvou atomů uhlíku z krystalové mřížky diamantu atomem dusíku (nitrogen) a prázdným místem (vacancy).

Jak by něco takového mohlo detekovat gravitační vlny, když pro mamutí detektory LIGO je to hraniční záležitost? Autoři designu detektoru k tomu využívají elektron umístěný ve zmíněném NV centrum nanodiamantu. Z jeho magnetického spinu je totiž možné odečítat nepatrné interference, které vyvolávají procházející gravitační vlny, takže zařízení funguje jako svého druhu interferometr. V tomto případě funguje celý nanodiamant jako velký kvantový objekt.

University College London, logo.

Dnešní nejlepší interferometry pro detekci gravitačních vln, tj. LIGO apod., jsou gigantické a používají k měření laserový paprsek. Stolní detektor gravitačních vln s nanodiamantem využívá kvantový jev aktivovaný fotonem. Jak uvádějí badatelé, nová technologie, která vlastně vznikla jako byprodukt jiného výzkumu, se uplatní i v dalších typech měření, než je zrovna detekce gravitačních vln. Lze ji využít v mnoha různých situacích v řadě odvětví, jako je například fyzika ultranízkých energií anebo vývoj kvantových počítačů.

Jistou vadou na kráse je, že zatím jde o zcela teoretický výzkum. Potřebné technologie jsou sice již k dispozici, pro postavení stolního gravitačního detektoru ale bude nutné vyvinout nová technická řešení. Prý by to ale nemělo trvat moc dlouho, takže takový detektor by měl být k dispozici v relativně dohledné době. Vývoj gravitačního detektoru s nanodiamantem je součástí výzkumného programu, jehož cílem je zjistit, zda je gravitace kvantovým jevem. V příštích desetiletích se můžeme těšit na spoustu zajímavých výsledků.

Video: Exploring New Worlds with Quantum Diamonds – Ron Walsworth

Literatura

Popular Mechanics 8. 9. 2020.

New Journal of Physics 6. 8. 2020.