突破性的高频重力波探测器报告罕见事件

引力波黑洞合并

这幅插图显示了两个黑洞的合并和引力波,当黑洞螺旋向对方时,引力波向外波动。信贷:LIGO / T。派尔

一种旨在利用石英捕捉高频信号的突破性探测器引力波是由暗物质粒子物理学(CDM)和西澳大利亚大学的ARC卓越中心的研究人员建造的。

在它运行的最初153天里,探测到两个事件,从理论上讲,可能是高频引力波,这是科学家们以前从未记录过的。

这种高频引力波可能是由一个原始星系产生的黑洞或者是一团暗物质粒子。

研究结果于本月在《美国物理学会》上发表APS物理在期刊上发表了一篇题为《用大体积声波高频引力波天线探测到的罕见事件》的文章。

引力波最初是由阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)预测的,他认为天文物体的运动可能导致时空弯曲波在宇宙中荡漾,几乎就像石头掉进平池塘中所产生的波一样。2015年首次探测到引力波,证明了这一预测ave信号。

体声波高频引力波天线

体声波高频引力波天线。资料来源:西澳大利亚大学

科学家们认为,低频引力波是由两个黑洞旋转并相互融合或一颗恒星消失在黑洞中引起的。

从那时起,引力波研究的新时代已经开始,但目前这一代的主动探测器只对低频信号具有很强的灵敏度;高频引力波的探测仍然是天文学中一个尚未探索和极具挑战性的前沿领域。

尽管大多数的注意力都集中在低频引力波上,但也有大量的理论提出了高频GW源,例如原始黑洞。

CDM研究团队设计的用于拾取高频引力波的新探测器是围绕石英晶体体声波谐振器(BAW)构建的。该装置的核心是一个石英晶体圆盘,由于声波在其厚度范围内传播,该圆盘会以高频振动。这些声波随后会在装置上感应电荷,可通过在石英圆盘的外表面放置导电板来检测电荷。

BAW装置被连接到超导量子干涉装置,被称为SQUID,作为一个非常灵敏的放大器从石英BAW低压信号。该组件被放置在多个辐射屏蔽层中,以保护其免受杂散电磁场的影响,并将其冷却到低温,以便在SQUID放大器的帮助下,将石英晶体的低能量声波振动检测为大电压。

该团队成员包括Maxim Goryachev博士、Michael Tobar教授、William Campbell、Ik Siong Heng、Serge Galliou和Eugene Ivanov教授,他们现在将致力于确定信号的性质,可能证实对高频引力波的探测。

Tobar教授说,引力波只是被探测到的一个可能的候选者,但对结果的其他解释可能是带电粒子的存在或机械应力的积累,一个流星事件或内部原子过程。这也可能是由于一个非常大质量的候选暗物质与探测器相互作用。

托巴尔教授说:“令人兴奋的是,这一事件表明,新的探测器是灵敏的,能够给我们提供结果,但现在我们必须确定这些结果的确切含义。”。

“通过这项工作,我们首次证明这些设备可以用作高灵敏度的引力波探测器。

“这个实验是目前世界上仅有的两个在这些频率上搜索高频引力波的实验之一,我们计划将我们的研究范围扩大到更高的频率,这是以前没有其他实验研究过的。”

“这项技术的发展有可能首次探测到这些高频率的引力波,让我们对引力波天文学这一领域有了新的认识。

“下一代实验将包括克隆探测器和对宇宙粒子敏感的μ子探测器。如果两个探测器发现引力波的存在,那将非常令人兴奋。”

引用:Maxim Goryachev, William M. Campbell, Ik Siong Heng, Serge Galliou, Eugene N. Ivanov和Michael E. Tobar, 2021年8月12日,《用体积声波高频引力波天线探测到的罕见事件》,APS物理.
内政部:10.1103/PhysRevLett.127.071102

1评论关于“突破性高频引力波探测器报告罕见事件”

  1. 探测引力波的重要性是什么?我们可以用已知的引力相互作用和数学来模拟重力波。

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