Mörk materiedetektor detekterar första signaler

Mörk materiedetektor detekterar första signaler
Mörk materiedetektor detekterar första signaler
Anonim

Forskare vid Center of Competence in Dark Matter Physics och University of Western Australia har skapat en ny typ av gravitationsvågdetektor. Instrumentet spelade nyligen in två sällsynta händelser som kan vara signaler om mörk materia. En alternativ förklaring: det här är signaler från urhurtsvarta hål eller till och med manifestation av yttre störningar.

Vi tillägger att dessa signaler inte kan fångas upp av de flesta av de befintliga gravitationsvågdetektorerna. De har aldrig registrerat sig förut. Forskarna publicerade en rapport om resultaten som erhållits i den vetenskapliga tidskriften Physical Review Letters.

Gravitationsvågor är förändringar i gravitationsfältet som förökar sig genom yttre rymden i form av vågor på rymdtidens duk. De visas på grund av rörelsen av massiva föremål, till exempel svarta hål.

Förekomsten av gravitationella vågor förutspåddes av allmän relativitet för över ett sekel sedan. Fysikerna kunde upptäcka dessa mycket svaga störningar med hjälp av speciella ultrakänsliga detektorer först 2015, för vilka de fick Nobelpriset i fysik 2017.

Gravitationsvågorna som registrerades 2015 var en signal från ett massivt svart hål som skapades genom sammanslagningen av två mindre svarta hål.

Sedan 2015 har detektorer upprepade gånger registrerat signaler från gravitationella vågor. Men enligt australiensiska forskare (författarna till den nya detektorn) kan den nuvarande generationen av gravitationsvågdetektorer bara plocka upp lågfrekventa vågor. Metoder för att upptäcka högfrekventa gravitationella vågor förblir outforskade och extremt svåra inom astrofysik, enligt ett pressmeddelande från University of Western Australia.

Bara för att registrera högfrekventa gravitationsvågor skapades en detektor vid kompetenscentret inom fysik av mörk materia. Detektorn är en resonator för akustiska bulkvågor baserade på en kvartskristall - en kvartssvillare.

En kvartsskiva vibrerar med hög frekvens när akustiska vågor passerar genom den. En kvartskristall med piezoelektriska egenskaper omvandlar akustiska vibrationer till en elektrisk laddning. Denna laddning tas av två elektriskt ledande plattor pressade mot en kvartsskiva. De överför en elektrisk signal till en supraledande kvantinterferensanordning, som förstärker signalen så att en detektor kan plocka upp den.

Hela denna struktur är placerad inuti flera strålningssköldar som skyddar den från störningar i form av extern elektromagnetisk strålning och kyls till nästan absolut noll. En sådan detektor kan detektera signaler från gravitationella vågor med frekvenser i megahertz -området.

Australiska forskare testade sin detektor i 153 dagar. Detta var den totala varaktigheten av de två sessionerna i experimentet som forskarna genomförde i maj och november 2019.

Under dessa sessioner registrerade en ny gravitationsvågdetektor två sällsynta högfrekventa händelser. Signaler med en frekvens på cirka fem megahertz spelades in den 12 maj och den 27 november.

Varifrån dessa signaler kom är fortfarande okänt, men forskare föreslår att kandidater för mörk materia - partiklar som teoretiker kallar WIMP - interagerade med sin detektor på detta sätt.

Det är emellertid möjligt att signalen som tas emot av detektorn inte alls är en gravitationsvåg, utan en manifestation av närvaron av laddade partiklar eller ackumulering av mekanisk spänning i detektorn, eller en meteorithändelse, eller en intern atomprocess av kristallen, säger detektorns författare.

Trots bristen på säkerhet om de mottagna signalerna är forskare från Center of Competence in Dark Matter Physics och University of Western Australia optimistiska.

"I detta arbete har vi för första gången visat att dessa enheter kan användas som mycket känsliga gravitationsvågdetektorer", säger Michael Tobar från University of Western Australia. Högfrekventa gravitationsvågor vid dessa frekvenser, och vi har planer på att expandera vår detektors möjligheter till ännu högre frekvenser som inte har setts i något annat experiment tidigare."

Forskare betonar att utvecklingen av den teknik de använde potentiellt skulle kunna ge den första upptäckten av gravitationella vågor vid så höga frekvenser.

I nästa experiment kommer forskarna att använda samma kvartsdetektor tillsammans med muondetektorn för kosmiska partiklar.

Rekommenderad: