Le premier détecteur au monde conçu par des chercheurs sur la matière noire enregistre des événements rares

Un détecteur pionnier destiné à utiliser le quartz pour capturer les ondes gravitationnelles à haute fréquence a été construit par des chercheurs du Centre d’excellence de l’ARC pour la physique des particules sombres (CDM) et de l’Université d’Australie occidentale.

Au cours des 153 premiers jours de son fonctionnement, deux événements ont été révélés qui pourraient, en principe, être haute fréquence ondes gravitationnellesCe que les scientifiques n’ont jamais enregistré auparavant.

Ces ondes gravitationnelles à haute fréquence peuvent être causées par un trou noir primordial ou un nuage de particules de matière noire.

Les résultats ont été publiés ce mois-ci dans messages d’examen physique Dans un article intitulé « Détection d’événements rares à l’aide d’une antenne à ondes gravitationnelles à ondes sonores massives à haute fréquence ».

Les ondes gravitationnelles ont été initialement prédites par Albert Einstein, postulant que le mouvement des objets astronomiques pourrait provoquer l’envoi d’ondes de courbure spatio-temporelle à travers l’univers, tout comme les ondes causées par des pierres tombant dans une flaque plate. Cette prédiction a été corroborée en 2015 par la première détection d’un signal d’onde gravitationnelle.

Les scientifiques pensent que les ondes gravitationnelles à basse fréquence sont causées par la rotation et la fusion de deux trous noirs ou la disparition d’une étoile dans un trou noir.

Depuis lors, une nouvelle ère de recherche sur les ondes gravitationnelles a commencé, mais la génération actuelle de détecteurs actifs a une forte sensibilité aux seuls signaux basse fréquence ; La détection des ondes gravitationnelles à haute fréquence est restée un front inexploré et très difficile en astronomie. Bien que la plupart de l’attention soit consacrée à basse fréquence Ondes gravitationnelles, il existe un grand nombre de propositions théoriques pour les sources GW à haute fréquence, par exemple, les trous noirs primordiaux.

Le nouveau détecteur conçu par l’équipe de recherche du CDC pour capturer les ondes gravitationnelles à haute fréquence est construit autour d’un résonateur à ondes acoustiques à cristal de quartz (BAW). Au cœur de cet appareil se trouve un disque de cristal de quartz qui peut vibrer à des fréquences élevées en raison des ondes sonores qui traversent son épaisseur. Puis stimuler ces ondes Charge électrique Via l’appareil, qui peut être détecté en plaçant des plaques conductrices sur les surfaces extérieures d’un disque de quartz.

Le BAW est connecté à un dispositif d’interférence quantique supraconducteur, connu sous le nom de SQUID, qui agit comme un amplificateur très sensible pour le signal basse tension du quartz BAW. Cet assemblage a été placé dans plusieurs écrans anti-rayonnement pour le protéger des champs électromagnétiques parasites et refroidi à basse température pour permettre la détection des vibrations acoustiques de faible énergie du cristal de quartz sous forme de tension élevée à l’aide d’un amplificateur SQUID.

L’équipe qui comprenait le Dr Maxim Goryachev, le professeur Michael Topar, William Campbell, Ik Seung-Heng, Serge Gallio et le professeur Eugene Ivanov va maintenant travailler pour déterminer la nature du signal, ce qui pourrait confirmer la détection d’ondes gravitationnelles à haute fréquence.

Une onde gravitationnelle n’est qu’un candidat potentiel qui a été découvert, a déclaré Campbell, mais d’autres explications du résultat pourraient être la présence de particules de charge ou l’accumulation de contraintes mécaniques, un événement météoritique ou un processus atomique interne. Cela pourrait également être dû à la matière noire de masse élevée interagissant avec le détecteur.

« C’est excitant que cet événement ait montré que le nouveau réactif est sensible et nous donne des résultats, mais maintenant nous devons déterminer exactement ce que signifient ces résultats », a déclaré Campbell.

« Grâce à ce travail, nous avons montré pour la première fois que ces appareils peuvent être utilisés comme détecteurs d’ondes gravitationnelles très sensibles. Cette expérience est l’une des deux seules actuellement actives dans le monde à rechercher des ondes gravitationnelles à haute fréquence à ces fréquences et nous Nous avons l’intention d’étendre notre portée à ces fréquences plus élevées, là où aucune autre expérience n’a été réalisée auparavant. Le développement de cette technique pourrait fournir la première détection d’ondes gravitationnelles à ces hautes fréquences, nous donnant un nouvel aperçu de ce domaine de l’astronomie des ondes gravitationnelles.

« La prochaine génération d’expériences impliquera la construction d’une version du détecteur et du muon détecteur sensible aux particules cosmiques. « Si deux détecteurs trouvent la présence d’ondes gravitationnelles, ce serait vraiment excitant », a-t-il déclaré.