Verdens første detektor designet af forskere i mørkt stof registrerer sjældne hændelser

En banebrydende detektor, der har til formål at bruge kvarts til at fange højfrekvente gravitationsbølger, er blevet bygget af forskere ved ARC Center of Excellence for Dark Matter Particle Physics (CDM) og University of Western Australia.

I de første 153 driftsdage, to hændelser blev opdaget, der kunne, i princippet, være højfrekvente gravitationsbølger, som ikke er blevet registreret af forskere før.

Sådanne højfrekvente gravitationsbølger kan have været skabt af et oprindeligt sort hul eller en sky af mørke stofpartikler.

Resultaterne blev offentliggjort denne måned i Fysisk gennemgangsbreve i en artikel med titlen "Sjældne hændelser opdaget med en bulk akustisk bølge højfrekvent gravitationsbølge -antenne."

Gravitationsbølger blev oprindeligt forudsagt af Albert Einstein, der teoretiserede at bevægelse af astronomiske objekter kunne få bølger af rumtidskurvatur til at blive kruset gennem universet, næsten som bølgerne forårsaget af sten faldt ned i en flad dam. Denne forudsigelse blev bevist i 2015 ved den første påvisning af et tyngdebølgesignal.

Forskere mener, at lavfrekvente gravitationsbølger er forårsaget af to sorte huller, der spinder og fusionerer ind i hinanden, eller en stjerne forsvinder i et sort hul.

Siden da, en ny æra med gravitationsbølgeforskning er begyndt, men den nuværende generation af aktive detektorer har stærk følsomhed over for kun lavfrekvente signaler; påvisning af højfrekvente gravitationsbølger er forblevet en uudforsket og ekstremt udfordrende front inden for astronomi. På trods af størst opmærksomhed på lavfrekvente gravitationsbølger, der er også et betydeligt antal teoretiske forslag til højfrekvente GW -kilder, for eksempel, ur -sorte huller.

Den nye detektor designet af forskerteamet på CDM til at opfange højfrekvente gravitationsbølger er bygget op omkring en kvarts krystal bulk akustisk bølge resonator (BAW). I hjertet af denne enhed er en kvartskrystalskive, der kan vibrere ved høje frekvenser på grund af akustiske bølger, der bevæger sig gennem dens tykkelse. Disse bølger fremkalder derefter elektrisk ladning på tværs af enheden, som kan detekteres ved at placere ledende plader på kvartsskivens ydre overflader.

BAW -enheden blev tilsluttet en superledende kvanteinterferensenhed, kendt som SQUID, som fungerer som en ekstremt følsom forstærker for lavspændingssignalet fra kvarts BAW. Denne samling blev placeret i flere strålingsskærme for at beskytte den mod omstrejfende elektromagnetiske felter og afkølet til en lav temperatur for at tillade, at akustiske vibrationer med lav energi kvartskrystal kan detekteres som store spændinger ved hjælp af SQUID -forstærkeren.

Holdet, som omfattede Dr. Maxim Goryachev, Professor Michael Tobar, William Campbell, Ik Siong Heng, Serge Galliou og professor Eugene Ivanov vil nu arbejde på at bestemme signalets art, muligvis bekræfter påvisning af højfrekvente gravitationsbølger.

Campbell sagde, at en gravitationsbølge kun er en mulig kandidat, der blev opdaget, men andre forklaringer på resultatet kan være tilstedeværelsen af ​​ladningspartikler eller mekanisk belastning, en meteorhændelse eller en intern atomproces. Det kan også skyldes, at kandidater i mørket stof i meget høj masse interagerer med detektoren.

"Det er spændende, at denne begivenhed har vist, at den nye detektor er følsom og giver os resultater, men nu er vi nødt til at afgøre, hvad disse resultater betyder, "Sagde hr. Campbell.

"Med dette arbejde, vi har demonstreret for første gang, at disse enheder kan bruges som meget følsomme gravitationsbølgedetektorer. Dette eksperiment er et af kun to i øjeblikket aktive i verden, der søger efter højfrekvente gravitationsbølger ved disse frekvenser, og vi har planer om at udvide vores rækkevidde til endnu højere frekvenser, hvor ingen andre eksperimenter har set før. Udviklingen af ​​denne teknologi kan potentielt give den første påvisning af gravitationsbølger ved disse høje frekvenser, giver os ny indsigt i dette område af gravitationsbølge -astronomi.

"Den næste generation af forsøget vil indebære opbygning af en klon af detektoren og en muondetektor, der er følsom over for kosmiske partikler. Hvis to detektorer finder tilstedeværelsen af ​​gravitationsbølger, det bliver virkelig spændende, " han sagde.