Первый в мире детектор, разработанный исследователями темной материи, регистрирует редкие события

Новаторский детектор, предназначенный для использования кварца для захвата высокочастотных гравитационных волн, был создан исследователями из Центра передового опыта ARC по физике темных частиц (CDM) и Университета Западной Австралии.

За первые 153 дня его работы были выявлены два события, которые в принципе могли быть высокая частота гравитационные волныЧто ученые не зафиксировали ранее.

Эти высокочастотные гравитационные волны могут быть вызваны первичной черной дырой или облаком частиц темной материи.

Результаты были опубликованы в этом месяце в сообщения физического обзора В статье, озаглавленной «Обнаружение редких событий с помощью высокочастотной антенны гравитационной волны с массивной звуковой волной».

Гравитационные волны были первоначально предсказаны Альбертом Эйнштейном, постулировавшим, что движение астрономических объектов может вызывать волны кривизны пространства-времени, которые распространяются через Вселенную, точно так же, как волны, вызванные падением камней в плоскую лужу. Это предсказание было подтверждено в 2015 году первым обнаружением сигнала гравитационной волны.

Ученые считают, что низкочастотные гравитационные волны вызваны вращением и слиянием двух черных дыр друг с другом или исчезновением звезды в черной дыре.

С тех пор началась новая эра исследований гравитационных волн, но нынешнее поколение активных детекторов имеет высокую чувствительность только к низкочастотным сигналам; Обнаружение высокочастотных гравитационных волн остается неизученным и очень сложным направлением в астрономии. Хотя больше всего внимания уделяется Низкая частота Гравитационные волны, существует большое количество теоретических предложений для источников высокочастотных гравитационных волн, например, первичных черных дыр.

Новый детектор, разработанный исследовательской группой CDC для захвата высокочастотных гравитационных волн, построен вокруг резонатора акустических волн на кристалле кварца (BAW). В основе этого устройства лежит диск из кристалла кварца, который может вибрировать на высоких частотах из-за звуковых волн, проходящих через его толщину. Затем стимулируйте эти волны электрический заряд Через устройство, которое можно обнаружить, поместив токопроводящие пластины на внешние поверхности кварцевого диска.

BAW подключен к сверхпроводящему устройству квантовой интерференции, известному как SQUID, который действует как высокочувствительный усилитель для сигнала низкого напряжения кварца BAW. Этот блок был помещен в несколько радиационных экранов, чтобы защитить его от паразитных электромагнитных полей, и охлажден до низкой температуры, чтобы позволить обнаруживать акустические колебания низкой энергии кристалла кварца в виде большого напряжения с помощью SQUID-усилителя.

Команда, в которую вошли доктор Максим Горячев, профессор Майкл Топар, Уильям Кэмпбелл, Ик Сунг-Хенг, Серж Галлио и профессор Евгений Иванов, теперь будет работать над определением природы сигнала, который может подтвердить обнаружение высокочастотных гравитационных волн.

По словам Кэмпбелла, гравитационная волна — это лишь один из возможных кандидатов, который был обнаружен, но другими объяснениями результата могут быть наличие заряженных частиц или накопление механического напряжения, метеоритное событие или внутренний атомный процесс. Это также может быть связано с наличием темной материи большой массы, взаимодействующей с детектором.

«Замечательно, что это событие показало, что новый реагент чувствителен и дает нам результаты, но теперь мы должны точно определить, что означают эти результаты», — сказал Кэмпбелл.

«Благодаря этой работе мы впервые показали, что эти устройства могут быть использованы в качестве высокочувствительных детекторов гравитационных волн. Этот эксперимент является одним из двух, проводимых в настоящее время в мире, которые ищут высокочастотные гравитационные волны на этих частотах, и мы У нас есть планы расширить нашу досягаемость до этих частот выше, где раньше не проводились никакие другие эксперименты.Развитие этой техники может обеспечить первое обнаружение гравитационных волн на этих высоких частотах, что даст нам новое понимание этой области гравитационно-волновой астрономии.

«Следующее поколение экспериментов будет включать создание версии детектора и мюона. детектор чувствителен к космическим частицам. «Если два детектора обнаружат присутствие гравитационных волн, это будет действительно интересно», — сказал он.