Jak výrazně zpřesnit měření vzdáleností ve vesmíru, zjistili vědci z ČVUT

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 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.  

„Úspěšné pozorování HBT efektu současně na pěti frekvencích představuje zásadní pokrok,“ vysvěltil 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,“ pokračoval.

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,“ řekl 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,“ dodal.

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. 

Úspěchů týmu si také všimli editoři prestižního vydavatelství APL Photonics, kteří článek „Multifrequency-resolved Hanbury Brown–Twiss effect“ označili jako „výběr redakce“ (Editor’s Pick).