Detektor temnej hmoty detekuje prvé signály

Detektor temnej hmoty detekuje prvé signály
Detektor temnej hmoty detekuje prvé signály
Anonim

Vedci z Centra kompetencie vo fyzike temnej hmoty a Univerzity Západnej Austrálie vytvorili nový typ detektora gravitačných vĺn. Nástroj nedávno zaznamenal dve vzácne udalosti, ktoré by mohli byť signálmi temnej hmoty. Alternatívne vysvetlenie: sú to signály z prvotných čiernych dier alebo dokonca prejav vonkajšieho rušenia.

Dodávame, že tieto signály nemôže zachytiť väčšina existujúcich detektorov gravitačných vĺn. Nikdy predtým sa nezaregistrovali. Vedci zverejnili správu o výsledkoch získaných vo vedeckom časopise Physical Review Letters.

Gravitačné vlny sú zmeny v gravitačnom poli, ktoré sa šíria vesmírom vo forme vĺn na plátne časopriestoru. Vyskytujú sa v dôsledku pohybu masívnych predmetov, napríklad čiernych dier.

Existencia gravitačných vĺn bola predpovedaná všeobecnou relativitou pred viac ako storočím. Fyzici dokázali odhaliť tieto veľmi slabé poruchy pomocou špeciálnych ultrazvukových detektorov až v roku 2015, za čo v roku 2017 získali Nobelovu cenu za fyziku.

Gravitačné vlny zaznamenané v roku 2015 boli signálom z masívnej čiernej diery, ktorá vznikla spojením dvoch menších čiernych dier.

Od roku 2015 detektory opakovane zaznamenávajú signály z gravitačných vĺn. Podľa austrálskych vedcov (autorov nového detektora) však súčasná generácia detektorov gravitačných vĺn dokáže zachytiť iba nízkofrekvenčné vlny. Metódy na detekciu vysokofrekvenčných gravitačných vĺn zostávajú v astrofyzike nepreskúmané a extrémne náročné, uvádza sa v tlačovej správe University of Western Australia.

Len kvôli registrácii vysokofrekvenčných gravitačných vĺn bol v kompetenčnom centre v oblasti fyziky temnej hmoty vytvorený detektor. Detektor je rezonátorom hromadných akustických vĺn na báze kremenného kryštálu - kremenného oscilátora.

Keď ním prechádzajú akustické vlny, kremenný kotúč vibruje na vysokej frekvencii. Kremenný kryštál s piezoelektrickými vlastnosťami premieňa akustické vibrácie na elektrický náboj. Tento náboj zachytia dve elektricky vodivé platne pritlačené na kremenný kotúč. Prenášajú elektrický signál do supravodivého kvantového interferenčného zariadenia, ktoré signál zosilňuje, aby ho detektor mohol zachytiť.

Celá táto štruktúra je umiestnená vo vnútri niekoľkých radiačných štítov, ktoré ju chránia pred interferenciou vo forme vonkajšieho elektromagnetického žiarenia, a je ochladená na takmer absolútnu nulu. Takýto detektor dokáže detekovať signály z gravitačných vĺn s frekvenciami v megahertzovom rozsahu.

Austrálski vedci testovali svoj detektor 153 dní. To bolo celkové trvanie dvoch sedení experimentu, ktoré vedci uskutočnili v máji a novembri 2019.

Počas týchto sedení nový detektor gravitačných vĺn zaznamenal dve vzácne vysokofrekvenčné udalosti. Signály s frekvenciou asi päť megahertzov boli zaznamenané 12. mája a 27. novembra.

Odkiaľ tieto signály pochádzajú, je stále neznáme, ale vedci naznačujú, že kandidáti temnej hmoty - častice, ktoré teoretici nazývajú WIMP - interagovali so svojim detektorom týmto spôsobom.

Je však možné, že signál prijatý detektorom nie je vôbec gravitačná vlna, ale je to prejav prítomnosti nabitých častíc alebo nahromadenia mechanického napätia v detektore alebo udalosť meteoritu alebo vnútorný atómový proces kryštál, tvrdia autori detektora.

Napriek nedostatku istoty o prijatých signáloch sú vedci z Centra kompetencie vo fyzike temnej hmoty a University of Western Australia optimistickí.

„V tejto práci sme prvýkrát ukázali, že tieto zariadenia je možné použiť ako vysoko citlivé detektory gravitačných vĺn,“hovorí Michael Tobar z University of Western Australia. Vysokofrekvenčné gravitačné vlny na týchto frekvenciách a máme v pláne rozšíriť schopnosti nášho detektora na ešte vyššie frekvencie, aké neboli predtým zaznamenané v žiadnom inom experimente. “

Vedci zdôrazňujú, že vývoj technológie, ktorú použili, by potenciálne mohol poskytnúť prvú detekciu gravitačných vĺn pri tak vysokých frekvenciách.

V nasledujúcom experimente použijú vedci rovnaký kremenný detektor spolu s miónovým detektorom kozmických častíc.

Odporúča: