迷你引力波探測器或可探測暗物質

正在開發中的微型引力波探測器將測量比LIGO更高頻率的波

蓋蒂圖片社

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在大爆炸後一秒內,最早誕生的黑洞可能已經透過引力波宣告了它們的形成,這些引力波在宇宙向外擴張時拉伸和擠壓著存在的結構。現在,西北大學的研究人員已經開始計劃一種桌面大小的感測器,它可以首次探測到這些原始的咆哮。

耗資10億美元的雷射干涉引力波天文臺(LIGO)在2016年首次測量到了被稱為引力波的時空漣漪;這些現象來自遙遠超大質量黑洞的碰撞和合並。從那時起,大型探測器也記錄了來自中子星合併的引力波。西北大學提出的迷你探測器於7月獲得了大量資金,它可以測量來自以前從未測量過的物體的高頻波——例如早期宇宙中的黑洞。

目前,美國的LIGO和歐洲的Virgo等引力波探測器使用龐大的鏡子和雷射“臂”系統,這些系統延伸數公里,以測量透過引力波引起的微小距離變化。西北大學的懸浮感測器探測器將使用雷射將玻璃珠懸浮在真空室內,從而建立一個臂長僅一米的極其力敏的感測器。它將監聽來自原始黑洞形成和被稱為軸子的理論粒子的回聲,這兩者都是神秘暗物質的候選者——暗物質可能是宇宙大部分質量的構成物質,除了引力存在外,是不可見的。


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西北大學物理學家、新型探測器專案首席研究員安德魯·格拉奇 (Andrew Geraci) 說:“我認為,在引力波的搜尋中擴大頻率範圍越來越受關注,尤其是在最近令人興奮的LIGO發現之後。” “這些與暗物質相關的來源更具推測性——LIGO發現的來源幾乎都在預料之中。”

為了嘗試探測來自此類來源的波,西北大學的專案將使用來自美國洛杉磯W. M. 凱克基金會的100萬美元,以及來自該大學的額外支援。經過兩年的開發,這個一米長的原型將在初步執行一年,並可能為更大的、長度可達10米的探測器鋪平道路。

加州理工學院的實驗物理學家拉納·阿迪卡里 (Rana Adhikari) 說,許多研究人員質疑是否有什麼東西有能量成為如此高頻率(高於10千赫茲)的強大引力波源,他沒有參與懸浮感測器專案。但他補充說,與暗物質相關的假設來源可能是例外:“我們可能會對宇宙在超聲引力波領域產生的所有奇異事物感到驚訝。”

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