Un rivoluzionario rivelatore che mira a utilizzare il quarzo per catturare onde gravitazionali ad alta frequenza è stato costruito dai ricercatori dell'ARC Center of Excellence for Dark Matter Particle Physics (CDM) e dell'Università dell'Australia occidentale.

Nei suoi primi 153 giorni di attività, sono stati rilevati due eventi che potrebbero, in linea di principio, essere onde gravitazionali ad alta frequenza, che non sono stati registrati dagli scienziati prima.

Tali onde gravitazionali ad alta frequenza potrebbero essere state create da un buco nero primordiale o da una nuvola di particelle di materia oscura.

I risultati sono stati pubblicati questo mese in Lettere di revisione fisica in un articolo intitolato "Eventi rari rilevati con un'antenna a onde gravitazionali ad alta frequenza a onde acustiche di massa".

Le onde gravitazionali furono originariamente previste da Albert Einstein, chi ha teorizzato che il movimento degli oggetti astronomici potrebbe causare l'invio di onde di curvatura dello spaziotempo che si increspano attraverso l'universo, quasi come le onde causate dalle pietre cadute in uno stagno piatto. Questa previsione è stata dimostrata nel 2015 dalla prima rilevazione di un segnale di onde gravitazionali.

Gli scienziati ritengono che le onde gravitazionali a bassa frequenza siano causate da due buchi neri che ruotano e si fondono l'uno nell'altro o da una stella che scompare in un buco nero.

Da allora, è iniziata una nuova era della ricerca sulle onde gravitazionali, ma l'attuale generazione di rivelatori attivi presenta una forte sensibilità solo ai segnali a bassa frequenza; la rivelazione di onde gravitazionali ad alta frequenza è rimasta un fronte inesplorato ed estremamente impegnativo in astronomia. Nonostante la maggior parte dell'attenzione dedicata alle onde gravitazionali a bassa frequenza, esiste un numero significativo di proposte teoriche anche per sorgenti GW ad alta frequenza, Per esempio, buchi neri primordiali.

Il nuovo rivelatore progettato dal team di ricerca del CDM per rilevare le onde gravitazionali ad alta frequenza è costruito attorno a un risonatore di onde acustiche (BAW) in cristallo di quarzo. Il cuore di questo dispositivo è un disco di cristallo di quarzo che può vibrare ad alte frequenze a causa delle onde acustiche che viaggiano attraverso il suo spessore. Queste onde inducono quindi una carica elettrica attraverso il dispositivo, che può essere rilevato posizionando piastre conduttrici sulle superfici esterne del disco di quarzo.

Il dispositivo BAW era collegato a un dispositivo di interferenza quantistica superconduttore, noto come SQUID, che funge da amplificatore estremamente sensibile per il segnale a bassa tensione dal quarzo BAW. Questo gruppo è stato posizionato in più schermi di radiazione per proteggerlo dai campi elettromagnetici vaganti e raffreddato a bassa temperatura per consentire il rilevamento delle vibrazioni acustiche a bassa energia del cristallo di quarzo come grandi tensioni con l'aiuto dell'amplificatore SQUID.

Il gruppo, che includeva il dottor Maxim Goryachev, Professor Michael Tobar, William Campbell, Ik Siong Heng, Serge Galliou e il professor Eugene Ivanov lavoreranno ora per determinare la natura del segnale, potenzialmente confermando il rilevamento di onde gravitazionali ad alta frequenza.

Il signor Campbell ha detto che un'onda gravitazionale è solo un possibile candidato che è stato rilevato, ma altre spiegazioni per il risultato potrebbero essere la presenza di particelle di carica o l'accumulo di stress meccanico, un evento meteorico o un processo atomico interno. Potrebbe anche essere dovuto a una massa molto elevata di candidati di materia oscura che interagiscono con il rivelatore.

"È emozionante che questo evento abbia dimostrato che il nuovo rilevatore è sensibile e ci dia risultati, ma ora dobbiamo determinare esattamente cosa significano quei risultati, " ha detto il signor Campbell.

"Con questo lavoro, abbiamo dimostrato per la prima volta che questi dispositivi possono essere utilizzati come rivelatori di onde gravitazionali altamente sensibili. Questo esperimento è uno degli unici due attualmente attivi al mondo alla ricerca di onde gravitazionali ad alta frequenza a queste frequenze e abbiamo in programma di estendere la nostra portata a frequenze ancora più alte, dove nessun altro esperimento ha mai visto prima. Lo sviluppo di questa tecnologia potrebbe potenzialmente fornire il primo rilevamento di onde gravitazionali a queste alte frequenze, dandoci una nuova visione di quest'area dell'astronomia delle onde gravitazionali.

"La prossima generazione dell'esperimento comporterà la costruzione di un clone del rivelatore e di un rivelatore di muoni sensibile alle particelle cosmiche. Se due rivelatori rilevano la presenza di onde gravitazionali, sarà davvero emozionante, " Egli ha detto.