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仅有桌面大小的引力波探测器或将揭示暗物质

(资料来源:SXS)

美国西北大学的一个研究小组日前公布了一项计划,他们计划研制一种能够正常工作的引力波探测器,这种探测器的体积要小到可以放在桌面上使用

要想探测到最微小的东西,可能需要巨大的设备,尤其是在引力波方面。LIGO探测器使用4公里长的(2.5英里)臂来接收只有质子千分之一宽度的扭曲。但现在,美国西北大学的一个研究小组正致力于建造一个足够小到可以放在桌面上的引力波探测器,它可以探测到较大设备无法探测到的信号。

引力波实际上是时空结构中的波纹,由恒星或黑洞碰撞等灾难引起。据信,这些波正在定期地向我们袭来。尽管一个多世纪前,爱因斯坦的广义相对论首次预测到了这些波,但直到2015年才直接探测到它们——这一成就为其背后的科学家赢得了2017年诺贝尔物理学奖。

自那以后的几年里,利用美国的LIGO和意大利的Virgo,已经进行了大约12次这样的探测。这些设施的工作原理是将激光束从长长的隧道中射出,然后用镜子把它们反射回来。如果引力波碰巧经过地球,这些光束就会发生非常轻微的扭曲,而它们的起源可以通过计算出哪条手臂最先被击中,以及哪条手臂受到的打击最大来计算。

但这些设施占地数英亩。美国西北大学的一组物理学家和天文学家近日公布了将这项技术缩小到桌面大小的计划。悬浮感测器探测器(LSD)的臂长约1米(3.3英尺),用于探测引力波,其频率高于现有探测器的探测频率。

LSD项目的联合研究员Vicky Kalogera说:“如果你把引力波想象成声波,我们试图用悬浮传感器捕捉的频率有点像狗的哨子。”“狗能够听到人类耳朵无法感知的声音频率。同样,悬浮的传感器会接收到LIGO和Virgo无法探测到的频率。”

LIGO和Virgo专门探测频率高达10千赫的引力波,而LSD则被设计用来接收频率更高的信号。欧洲航天局计划于2034年发射的LISA探测器目标更低。

“就像电磁天文学有望远镜和伽马射线探测器等等,引力波团体现在正在开发探测光谱中所有部分的事件所需的工具,”该项目的联合研究员Shane Larson说。“丽莎会发现重大事件;李戈和处女座的人会选择一些中庸的事件;LSD将探测到最小的宇宙事件。”

探索光谱的新部分,LSD可以帮助天文学家研究不同范围的天体和事件。通过研究两个潜在的罪魁祸首——比其他黑洞更小、更古老的原始黑洞,以及可能构成这种奇怪物质的假想粒子——轴子,该装置可能有助于阐明暗物质。

西北大学的研究小组将用两年时间来建造和测试LSD原型机,然后运行一年。

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