Ο ανιχνευτής σκοτεινής ύλης ανιχνεύει τα πρώτα σήματα

Ο ανιχνευτής σκοτεινής ύλης ανιχνεύει τα πρώτα σήματα
Ο ανιχνευτής σκοτεινής ύλης ανιχνεύει τα πρώτα σήματα
Anonim

Ερευνητές στο Κέντρο Αρμοδιότητας στη Φυσική της Σκοτεινής terλης και στο Πανεπιστήμιο της Δυτικής Αυστραλίας δημιούργησαν έναν νέο τύπο ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων. Το όργανο κατέγραψε πρόσφατα δύο σπάνια γεγονότα που θα μπορούσαν να είναι σήματα σκοτεινής ύλης. Μια εναλλακτική εξήγηση: αυτά είναι σήματα από αρχέγονες μαύρες τρύπες ή ακόμα και εκδήλωση εξωτερικών παρεμβολών.

Προσθέτουμε ότι αυτά τα σήματα δεν μπορούν να πιαστούν από τους περισσότερους υπάρχοντες ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων. Δεν έχουν εγγραφεί ποτέ στο παρελθόν. Οι επιστήμονες δημοσίευσαν μια έκθεση για τα αποτελέσματα που ελήφθησαν στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters.

Τα βαρυτικά κύματα είναι αλλαγές στο βαρυτικό πεδίο που διαδίδονται στο διάστημα με τη μορφή κυμάτων στον καμβά του χωροχρόνου. Εμφανίζονται λόγω της κίνησης μαζικών αντικειμένων, για παράδειγμα, μαύρων τρυπών.

Η ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων είχε προβλεφθεί από τη γενική σχετικότητα πριν από έναν αιώνα. Οι φυσικοί μπόρεσαν να εντοπίσουν αυτές τις πολύ αδύναμες διαταραχές με τη βοήθεια ειδικών υπερευαίσθητων ανιχνευτών μόνο το 2015, για τους οποίους έλαβαν το Νόμπελ Φυσικής το 2017.

Τα βαρυτικά κύματα που καταγράφηκαν το 2015 ήταν ένα σήμα από μια τεράστια μαύρη τρύπα που δημιουργήθηκε από τη συγχώνευση δύο μικρότερων μαύρων τρυπών.

Από το 2015, οι ανιχνευτές έχουν καταγράψει επανειλημμένα σήματα από βαρυτικά κύματα. Ωστόσο, σύμφωνα με τους Αυστραλούς επιστήμονες (οι συγγραφείς του νέου ανιχνευτή), η τρέχουσα γενιά ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων μπορεί να πάρει μόνο κύματα χαμηλής συχνότητας. Οι μέθοδοι ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων υψηλής συχνότητας παραμένουν ανεξερεύνητες και εξαιρετικά δύσκολες στην αστροφυσική, σύμφωνα με δελτίο τύπου του Πανεπιστημίου της Δυτικής Αυστραλίας.

Μόνο για την καταγραφή βαρυτικών κυμάτων υψηλής συχνότητας, δημιουργήθηκε ένας ανιχνευτής στο Κέντρο ικανότητας στον τομέα της φυσικής της σκοτεινής ύλης. Ο ανιχνευτής είναι αντηχείο μαζικών ακουστικών κυμάτων βασισμένο σε κρύσταλλο χαλαζία - ταλαντωτή χαλαζία.

Ένας δίσκος χαλαζία δονείται σε υψηλή συχνότητα όταν ακουστικά κύματα διέρχονται από αυτόν. Ένας κρύσταλλος χαλαζία με πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες μετατρέπει τις ακουστικές δονήσεις σε ηλεκτρικό φορτίο. Αυτό το φορτίο λαμβάνεται από δύο ηλεκτρικά αγώγιμες πλάκες πιεσμένες σε δίσκο χαλαζία. Μεταδίδουν ένα ηλεκτρικό σήμα σε μια υπεραγώγιμη συσκευή κβαντικής παρεμβολής, η οποία ενισχύει το σήμα έτσι ώστε ένας ανιχνευτής να μπορεί να το πάρει.

Όλη αυτή η δομή τοποθετείται μέσα σε αρκετές ασπίδες ακτινοβολίας που την προστατεύουν από παρεμβολές με τη μορφή εξωτερικής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και ψύχεται στο σχεδόν απόλυτο μηδέν. Ένας τέτοιος ανιχνευτής μπορεί να ανιχνεύσει σήματα από βαρυτικά κύματα με συχνότητες στην περιοχή των megahertz.

Αυστραλοί επιστήμονες δοκίμασαν τον ανιχνευτή τους για 153 ημέρες. Αυτή ήταν η συνολική διάρκεια των δύο συνεδριών του πειράματος που πραγματοποίησαν οι ερευνητές τον Μάιο και τον Νοέμβριο του 2019.

Κατά τη διάρκεια αυτών των συνεδριών, ένας νέος ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων κατέγραψε δύο σπάνια συμβάντα υψηλής συχνότητας. Σήματα με συχνότητα περίπου πέντε megahertz καταγράφηκαν στις 12 Μαΐου και στις 27 Νοεμβρίου.

Από πού προήλθαν αυτά τα σήματα είναι ακόμα άγνωστο, αλλά οι επιστήμονες προτείνουν ότι οι υποψήφιοι της σκοτεινής ύλης - σωματίδια που οι θεωρητικοί ονομάζουν WIMP - αλληλεπιδρούσαν με τον ανιχνευτή τους με αυτόν τον τρόπο.

Ωστόσο, είναι πιθανό το σήμα που λαμβάνει ο ανιχνευτής να μην είναι καθόλου βαρυτικό κύμα, αλλά μια εκδήλωση της παρουσίας φορτισμένων σωματιδίων ή της συσσώρευσης μηχανικής τάσης στον ανιχνευτή, ή ενός γεγονότος μετεωρίτη, ή μιας εσωτερικής ατομικής διαδικασίας τον κρύσταλλο, λένε οι συντάκτες του ανιχνευτή.

Παρά την έλλειψη βεβαιότητας για τα σήματα που ελήφθησαν, οι επιστήμονες από το Κέντρο Αρμοδιότητας στη Φυσική της Σκοτεινής terλης και το Πανεπιστήμιο της Δυτικής Αυστραλίας είναι αισιόδοξοι.

"Σε αυτήν την εργασία, αποδείξαμε για πρώτη φορά ότι αυτές οι συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εξαιρετικά ευαίσθητοι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων", λέει ο Michael Tobar από το Πανεπιστήμιο της Δυτικής Αυστραλίας. Βαρυτικά κύματα υψηλής συχνότητας σε αυτές τις συχνότητες και έχουμε σχέδια να επεκταθούμε τις δυνατότητες του ανιχνευτή μας σε ακόμη υψηλότερες συχνότητες που δεν έχουν παρατηρηθεί σε κανένα άλλο πείραμα πριν ».

Οι επιστήμονες τονίζουν ότι η ανάπτυξη της τεχνολογίας που χρησιμοποίησαν θα μπορούσε δυνητικά να παρέχει την πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων σε τόσο υψηλές συχνότητες.

Στο επόμενο πείραμα, οι ερευνητές πρόκειται να χρησιμοποιήσουν τον ίδιο ανιχνευτή χαλαζία μαζί με τον ανιχνευτή μιονίων κοσμικών σωματιδίων.

Συνιστάται: