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桌面上的引力波探测器

时间: 2019年10月16日 | 作者: Jeremy Hsu | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
在宇宙大爆炸发生的一秒内,原初黑洞就形成了。


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撰文 | 杰里米·许(Jeremy Hsu)

翻译 | 张程


在宇宙大爆炸发生的一秒内,原初黑洞就形成了。与此相伴的引力波如涟漪般扩散开来,拉伸挤压着时空,向膨胀中的宇宙宣告这些最早诞生的黑洞。


近140亿年后的今天,美国西北大学的研究人员希望建造一种新的探测器——只有桌面大小,却能让人们以新的方式“聆听”原始的低吼。这种新型引力波探测器与现今声名大噪的激光干涉引力波天文台(LIGO,耗资十亿美元,体量巨大)不同。2015年,LIGO首次探测到双黑洞融合产生的引力波,之后则是双中子星融合产生的引力波。西北大学提议的小型引力波探测器目标频率更高,可以观测全新的天体事件,比如之前提到的原初黑洞。今年7月,这个项目已经获得了一笔非常可观的资助经费。


目前美国的LIGO和位于欧洲的Virgo都有长达数千米的干涉臂。干涉臂由激光和一系列镜面系统组成,以此观测引力波产生的细微空间变化。西北大学的悬浮探测器(Levitated Sensor Detector)将用激光使真空腔中的玻璃珠悬在半空中,构成一个臂长仅为1米的力量感应器。这种感应器灵敏度极高,可以用来“聆听”原初黑洞发出的引力波回响,或者探测一种名为轴子(Axion)的理论粒子。


原初黑洞和轴子都是暗物质成分的候选者。暗物质组成了宇宙质量中很大的一部分,除了通过引力观测,目前还没有其他有效的办法。“当LIGO发现那些激动人心的现象后,人们更关心如何拓宽引力波探测的频率范围,”西北大学物理学家、新型探测器项目的领导者安德鲁·杰拉奇(Andrew Geraci)表示,“与LIGO发现的融合事件相比,这些与暗物质相关的引力波源存在更大的不确定性。毕竟融合事件的存在多少是意料之中的事。”


凯克基金会(W. M. Keck Foundation)是一家位于洛杉矶的慈善基金组织,他们已经为这项全新的计划投入了100万美元。结合西北大学的内部资助,这个项目将在2年后完成原型机(1米级)。随后,他们将启动为期一年的初步运行,并为更大型的探测器(10米级)铺平道路。


加州理工学院的实验物理学家拉纳·阿迪卡里(Rana Adhikari,并未参与这项研究)评论道,要产生频率高达10千赫兹的引力波,需要事件源头具有极高的能量,很多研究者对这类源头的存在表示怀疑。不过他又补充道,或许科学家推测的与暗物质相关的源头可以满足条件,“宇宙中可能真的存在奇特的‘超声引力波’,并让我们大吃一惊。”