Magneții supraconductori din laboratoarele pentru materie întunecată pot „auzi” muzica Universului

Într-un nou studiu, oamenii de știință propun că magneții supraconductori utilizați în experimentele pentru detectarea materiei întunecate, concepuți inițial pentru a vâna axioni, ar putea fi folosiți și pentru a detecta unde gravitaționale în intervalul de frecvențe kilohertzi până la megahertzi — un domeniu inaccesibil pentru detectoarele actuale.

În anii 1960, fizicianul Joseph Weber a încercat să detecteze unde gravitaționale folosind cilindri mari de metal, sperând că aceștia vor vibra ușor când o undă le traversează.

• Test de cultură. Care fasole este toxică atunci când este mâncată crudă?
• JWST a descoperit o galaxie spirală asemănătoare Căii Lactee undeva unde nu ar trebui să existe

Deși „barele Weber” funcționau pentru anumite frecvențe, ele erau aproape surde în afara acelei benzi înguste — asemenea unui radio care poate prinde doar un singur post clar.

„Am realizat că, deși conceptul de bară Weber funcționează foarte bine când frecvența undei gravitaționale este foarte aproape de o frecvență rezonantă a barei, nu funcționează la fel de bine în afara rezonanței,” a explicat Sebastian Ellis, coautor al studiului și fizician teoretician la Universitatea din Geneva, pentru Phys.org.

Studiul actual se inspiră din experimentul lui Weber, dar folosește magneți în loc de bare metalice. Asta pentru că cercetătorii și-au dat seama că magneții supraconductori folosiți în experimentele pentru materie întunecată conțin deja cantități uriașe de energie magnetică. Mai mult, aceștia pot răspunde la unde gravitaționale într-o gamă mult mai largă de frecvențe.

Cum detectează magneții undele gravitaționale?

Când o undă gravitațională trece printr-un magnet supraconductor, ea face ca structura acestuia să vibreze extrem de puțin. Aceste vibrații subtile deformează forma dispozitivului care poartă curentul electric, iar această deformare schimbă câmpul magnetic.

Aceste variații sunt extrem de mici, dar pot fi detectate cu ajutorul unor senzori avansați numiți SQUIDs (Dispozitive de Interferență Cuantică Supraconductoare). Astfel, în loc de a transforma mișcarea mecanică în semnal electric (cum făceau barele Weber), metoda pe bază de magnet produce direct semnale magnetice — mai ușor de măsurat și mai puțin afectate de zgomotul de fond.

Cel mai interesant aspect al acestei descoperiri este că aceste detectoare ar putea funcționa într-o bandă de frecvență complet neexplorată până acum. LIGO, observatorul bazat pe lasere care a confirmat primele unde gravitaționale în 2015, este extrem de sensibil, dar doar până la câțiva kilohertzi, scrie InterestingEngineering.

Noua tehnică ar putea funcționa însă până la 10 megahertzi, oferind o cale de a detecta semnale de la evenimente astrofizice exotice — sau chiar fenomene necunoscute până acum.

Magneții ar putea avea o dublă întrebuințare

Există și un avantaj practic: experimentele pentru materie întunecată precum DMRadio și ADMX-EFR folosesc deja acești magneți puternici. Asta înseamnă că nu ar fi nevoie să se construiască echipamente complet noi. Magneții ar putea avea o dublă întrebuințare: căutarea materiei întunecate și detectarea undelor gravitaționale de înaltă frecvență — făcând experimentele viitoare mai eficiente și mai economice.

Totuși, implementarea acestei idei nu va fi ușoară. Instrumentele trebuie izolate foarte bine de vibrațiile din mediu, care ar putea masca semnalele reale. Chiar și cele mai mici mișcări ambientale pot imita efectele undelor gravitaționale.

Echipa își extinde acum cercetările pentru a identifica ce tipuri de semnale gravitaționale ar putea apărea în această gamă de frecvență înaltă. De asemenea, explorează senzori cuantici și mai sensibili care ar putea îmbunătăți și mai mult configurația.

Dacă acest demers are succes, ar putea marca începutul unui nou capitol în astronomie — unul în care universul își dezvăluie secretele ascunse în frecvențe pe care nu le-am ascultat niciodată până acum.

Studiul a fost publicat în jurnalul Physical Review Letters.

Vă recomandăm să mai citiți și:

„Perdele magnetice” pe Soare: Fizicienii au descoperit striații ultra-fine pe suprafața stelei noastre

„Arhitectul” Sistemului Solar a fost cândva de două ori mai mare și a avut un câmp magnetic mult mai puternic

NASA urmărește cu atenție „o adâncitură uriașă” în câmpul magnetic al Pământului

Cercetătorii britanici au descoperit a treia formă de magnetism