El primer detector del mundo diseñado por investigadores de materia oscura registra eventos raros

Un detector pionero destinado a utilizar cuarzo para capturar ondas gravitacionales de alta frecuencia ha sido construido por investigadores del Centro de Excelencia ARC para Física de Partículas Oscuras (CDM) y la Universidad de Australia Occidental.

En los primeros 153 días de su funcionamiento se revelaron dos hechos que podrían, en principio, ser alta frecuencia ondas gravitacionalesQue los científicos no han registrado antes.

Estas ondas gravitacionales de alta frecuencia pueden ser causadas por un agujero negro primordial o una nube de partículas de materia oscura.

Los resultados fueron publicados este mes en mensajes de revisión física En un artículo titulado «Detección de eventos raros utilizando una antena de ondas gravitacionales de ondas sonoras masivas de alta frecuencia».

Las ondas gravitacionales fueron predichas originalmente por Albert Einstein, postulando que el movimiento de los objetos astronómicos podría hacer que se envíen ondas de curvatura del espacio-tiempo a través del universo, al igual que las ondas causadas por piedras que caen en un charco plano. Esta predicción fue corroborada en 2015 por la primera detección de una señal de onda gravitacional.

Los científicos creen que las ondas gravitacionales de baja frecuencia son causadas por dos agujeros negros que giran y se fusionan entre sí o por la desaparición de una estrella en un agujero negro.

Desde entonces, ha comenzado una nueva era de investigación de ondas gravitacionales, pero la generación actual de detectores activos tiene una fuerte sensibilidad solo a señales de baja frecuencia; La detección de ondas gravitacionales de alta frecuencia sigue siendo un frente inexplorado y muy desafiante en astronomía. Aunque la mayor parte de la atención se dedica a baja frecuencia Ondas gravitacionales, hay una gran cantidad de propuestas teóricas para fuentes GW de alta frecuencia, por ejemplo, agujeros negros primordiales.

El nuevo detector diseñado por el equipo de investigación de los CDC para capturar ondas gravitacionales de alta frecuencia está construido alrededor de un resonador de ondas acústicas de cristal de cuarzo (BAW). En el corazón de este dispositivo hay un disco de cristal de cuarzo que puede vibrar a altas frecuencias debido a las ondas sonoras que viajan a través de su espesor. Entonces estimula estas ondas carga eléctrica A través del dispositivo, que se puede detectar colocando placas conductoras en las superficies exteriores de un disco de cuarzo.

El BAW está conectado a un dispositivo de interferencia cuántica superconductor, conocido como SQUID, que actúa como un amplificador altamente sensible para la señal de bajo voltaje de cuarzo BAW. Este conjunto se colocó en múltiples escudos de radiación para protegerlo de los campos electromagnéticos parásitos y se enfrió a una temperatura baja para permitir la detección de vibraciones acústicas de baja energía del cristal de cuarzo como un gran voltaje con la ayuda de un amplificador SQUID.

El equipo que incluía al Dr. Maxim Goryachev, el profesor Michael Topar, William Campbell, Ik Seung-Heng, Serge Gallio y el profesor Eugene Ivanov ahora trabajará para determinar la naturaleza de la señal, lo que podría confirmar la detección de ondas gravitacionales de alta frecuencia.

Una onda gravitacional es solo un posible candidato que se ha descubierto, dijo Campbell, pero otras explicaciones del resultado podrían ser la presencia de partículas de carga o acumulación de tensión mecánica, un evento de meteorito o un proceso atómico interno. También podría deberse a que la materia oscura de gran masa interactúa con el detector.

«Es emocionante que este evento haya mostrado que el nuevo reactivo es sensible y nos da resultados, pero ahora tenemos que determinar exactamente qué significan esos resultados», dijo Campbell.

«A través de este trabajo, hemos demostrado por primera vez que estos dispositivos se pueden utilizar como detectores de ondas gravitacionales de alta sensibilidad. Este experimento es uno de los dos únicos actualmente activos en el mundo que busca ondas gravitacionales de alta frecuencia en estas frecuencias y nosotros Tenemos planes para extender nuestro alcance a estas frecuencias más altas, como ningún otro experimento ha visto antes. El desarrollo de esta técnica podría proporcionar la primera detección de ondas gravitacionales en estas altas frecuencias, dándonos una nueva visión de este campo de la astronomía de ondas gravitacionales.

“La próxima generación de experimentos implicará la construcción de una versión del detector y el muón detector sensible a las partículas cósmicas. «Si dos detectores encuentran la presencia de ondas gravitacionales, sería realmente emocionante», dijo.