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一个基于一块环形石英的桌面引力波探测器在其最初的153天运行中记录了两个神秘信号 。
目前还不清楚这些信号究竟是什么；它们可能来自多种现象 。 但其中一种现象正是探测器的设计目的——以前从未被记录过高频引力波 。
现在得出任何结论还为时过早 ， 但探测器的下一次迭代将能够缩小导致石英共振的原因 。
“令人兴奋的是 ， 这一事件表明新探测器很灵敏并为我们提供了结果 ， 但现在我们必须确定这些结果的确切含义 。 ”西澳大利亚大学的物理学家迈克尔·托巴说 ， “通过这项工作 ， 我们首次证明了这些设备可以用作高灵敏度引力波探测器 。 ”
第一次突破性的引力波探测是在六年前进行的 。 从那以后 ， LIGO 和 Virgo探测器继续揭示 ， 宇宙正响起先前隐藏的引力波 ， 从黑洞和中子星之间的碰撞中荡漾开来 。
这些探测器很大 ， 臂长4公里（2.5 英里） 。 沿着这些臂的激光被引力波微小地干扰 ， 在重新组合的光中产生干涉图案 ， 可以对其进行分析以揭示引起引力波的事件的性质 。 到目前为止 ， 该技术已针对低频区域进行了优化 。
高频引力波更难探测 ， 但绝对值得追求 。 引力波的波长与宇宙的大小成正比；后来发生的那些更大 ， 因此更短的高频波可以揭示关于大爆炸和宇宙开始时的信息 。
最近的高频引力波源可能包括假设的物体 ， 如玻色星和原始黑洞 。 这些波甚至可以由暗物质云产生 。 因此 ， 天文学家会对探测这些信号非常感兴趣 。
在2014年托巴和他的同事西澳大利亚大学的物理学家马克西姆·戈里亚乔夫（Maxim Goryachev）设计了一种用于高频引力波的桌面探测器 。 现在 ， 他们与一个国际团队一起进行了观测运行 。
探测器本身是一个石英晶体盘 ， 称为体声波 (BAW) 谐振器 ， 一侧略微凸出 。 理论上 ， 高频引力波应该在圆盘中产生驻声波 ， 这些声波被凸面捕获为声子 。
圆盘被低温冷却以减少热噪声 ， 并且距离晶体非常小的导电板拾取由其中振动的声学模式产生的微小压电信号 。 该信号绝对是微小的 ， 因此采用超导量子干涉装置或SQUID 作为极其灵敏的信号放大器 。
整个探测器放置在一个辐射屏蔽的真空室中 ， 以防止尽可能多的干扰 。 通过这种设置 ， 该团队进行了两次观察运行 ， 并在每次运行中进行了检测——第一次是在2019年5月12 日 ， 第二次是在2019年11月27日 。
现在 ， 这里有许多似是而非的可能性 。 石英盘内部机械应力的松弛是一种；由外部电离辐射引起的内部放射性事件是另一种情况 ， 尽管研究人员不知道可能导致这种情况的外部事件 。
同样 ， 虽然流星雨会产生声波 ， 但屏蔽应该可以保护设备免受这些声波的影响 ， 罪魁祸首甚至可能是宇宙射线 。
其他选项更令人兴奋——暗物质或大质量暗物质粒子中的拓扑缺陷引起的扰动理论上可能会引起信号 。
或者 ， 最后 ， 还有高频引力波的可能性 。 这将需要更多的调查 ， 因为信号的形状不显示宇宙合并的“啁啾”特征 。
对于探测器的下一次迭代 ， 研究人员将添加第二个晶体 ， 带有自己的 SQUID 和读数 ， 以及一个μ子探测器 ， 以排除宇宙射线 。 这应该有助于缩小导致团队检测到的信号的原因 。
“这个实验是目前世界上仅有的两个活跃在这些频率上寻找高频引力波的实验之一 ， 我们计划将我们的范围扩展到更高的频率 ， 这是以前没有其他实验见过的 ， ”托巴尔说 。
“这项技术的发展有可能首次探测到这些高频的引力波 ， 让我们对引力波天文学这一领域有了新的认识 。
“下一代实验将涉及构建探测器的克隆和对宇宙粒子敏感的介子探测器 。 如果两个探测器发现引力波的存在 ， 那将是非常令人兴奋的 。 ”
【引力波|新引力波探测器接收到的前所未见神秘信号】该研究已发表在《物理评论快报》上 。
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