Un rivoluzionario rivelatore mira a utilizzare il quarzo per catturare onde gravitazionali ad alta frequenza. Il dispositivo è stato costruito dai ricercatori del Centro di eccellenza ARC per la fisica delle particelle della materia oscura (CDM) e dell’Università dell’Australia occidentale. Nei suoi primi 153 giorni di attività, ha rilevato due segnali misteriosi dallo spazio profondo.
Questi, in linea di principio, potrebbero essere onde gravitazionali ad alta frequenza, non registrate prima dagli scienziati. Tali onde gravitazionali ad alta frequenza potrebbero aver avuto origine da un buco nero primordiale o da una nuvola di particelle di materia oscura. I risultati hanno visto la luce questo mese sulla rivista APS Physics dell’American Physical Society. Un articolo dal titolo: “Rare Events Detected with a Bulk Acoustic Wave High Frequency Gravitational Wave Antenna“.
Dalla teoria delle onde gravitazionali alla scoperta
Le onde gravitazionali furono previste da Albert Einstein. Il fisico teorizzò che il movimento di oggetti astronomici potessero creare onde di curvatura spazio-temporale. Queste onde increspano l’universo, quasi come le onde causate da pietre cadute in uno stagno piatto. Previsione poi dimostrata nel 2015, anno dalla prima rilevazione di un segnale di onde gravitazionali.
Gli scienziati ritengono che i due segnali misteriosi, onde gravitazionali a bassa frequenza, siano causate da due buchi neri che ruotano e si fondono l’uno nell’altro provenienti dallo spazio profondo. In alternativa potrebbero essere generate da una stella che scompare in un buco nero. 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.
Il nuovo rivelatore
Il nuovo rivelatore per catturare le onde gravitazionali ad alta frequenza è costruito attorno a un risonatore di onde acustiche (BAW) a cristalli di quarzo. Il cuore del dispositivo è formato da un disco di cristalli di quarzo che può vibrare ad alte frequenze a causa delle onde che viaggiano attraverso di esso. Queste producono una carica elettrica attraverso il dispositivo, che può essere intercettata con piastre metalliche a sandwich sulle due superfici del quarzo.
Il dispositivo BAW viene poi collegato a un dispositivo di interferenza quantistica superconduttore, noto come SQUID, che funge da amplificatore molto sensibile per il segnali a bassa tensione generati dal BAW. Questo due sofisticati elementi sono schermati per proteggerli dai campi elettromagnetici vaganti e raffreddato a bassa temperatura per consentire la migliore performance possibile.
L’analisi dei risultati
Il team, che comprendeva il dottor Maxim Goryachev, il professor Michael Tobar, William Campbell, Ik Siong Heng, Serge Galliou e il professor Eugene Ivanov, lavorerà ora per determinare la natura del segnale, confermando potenzialmente il rilevamento di onde gravitazionali ad alta frequenza.
Il professor Michael Tobar ha affermato che un’onda gravitazionale era solo un possibile candidato da poter rilevare. Potrebbero esserci altre spiegazioni per il risultato come la presenza di particelle di cariche o accumulo di stress meccanico, un evento meteorico o un processo atomico interno al quarzo. “È entusiasmante che questo evento abbia dimostrato che il nuovo rivelatore è sensibile e ci fornisce risultati. Ora dobbiamo determinare esattamente cosa significano questi risultati”, ha affermato il professor Tobar.
“Con questo lavoro, abbiamo dimostrato per la prima volta che questi dispositivi possono essere utilizzati come rilevatori 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. Abbiamo in programma di estendere la nostra portata a frequenze ancora più alte, dove nessun altro esperimento ha mai guardato prima” ha continuato il dottor Tobar.
“Lo sviluppo di questa tecnologia potrebbe potenzialmente fornire il primo rilevamento di onde gravitazionali a queste alte frequenze, dandoci nuove informazioni sulle onde gravitazionali .La prossima generazione comporterà la costruzione di un clone del rivelatore e di un rivelatore di muoni sensibile alle particelle cosmiche. Se due rilevatori rilevano la presenza di onde gravitazionali, sarà davvero emozionante” ha concluso Eugene Ivanov.
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