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          科學(xué)家提出高頻引力波探測新方案

          2024-05-09 來(lái)源:中科院網(wǎng)站 字號:

          近期,中國科學(xué)院高能物理研究所理論物理室副研究員任婧聯(lián)合香港科技大學(xué)的科研人員,在高頻引力波探測方面提出了新的實(shí)驗方案。該研究建議利用具有磁層的太陽(yáng)系行星如地球和木星等,作為探測高頻引力波信號的巨型探測器。該研究發(fā)現通過(guò)現有的衛星數據可以在廣泛的頻率范圍內對高頻引力波給出更強的限制。

          此前,激光干涉儀引力波天文臺探測到引力波,這推動(dòng)了探測頻率在十千赫茲以下的引力波信號的項目的進(jìn)展。超出該頻率的高頻引力波可能在宇宙早期或極端致密天體的劇烈活動(dòng)中產(chǎn)生,而關(guān)于它們的探測將為探索超出標準模型的新物理提供線(xiàn)索。這些引力波的波長(cháng)較短,因此激光干涉儀難以捕捉到這類(lèi)“高音”。研究發(fā)現,依賴(lài)逆格森施泰因效應的探測方法,使高頻引力波在磁場(chǎng)中轉換成光子以便探測。這一轉換過(guò)程的效率受到引力波相互作用、磁場(chǎng)強度和傳播距離的影響。同時(shí),強度大或空間分布廣的磁場(chǎng)可以在一定程度上彌補引力相互作用較弱的影響?,F有提案考慮到實(shí)驗室、致密星或星系內外等不同環(huán)境下的磁場(chǎng),但這些提案的探測效果受限。

          該團隊提出將太陽(yáng)系行星作為探測高頻引力波信號的實(shí)驗室,利用環(huán)繞行星的科學(xué)衛星探測引力波在行星磁層中轉換產(chǎn)生的信號光子??紤]到天文觀(guān)測所涵蓋的電磁波段,該方案能夠探測到相同頻率的引力波轉換而成的光子信號,實(shí)現對更廣泛引力波頻段的覆蓋。同時(shí),信號光子的特征與引力波的性質(zhì)及衛星的軌道軌跡相關(guān)。與其他探測方案相比,這一方案具有磁場(chǎng)強度確定性高、引力波-光子轉換有效路徑長(cháng)、信號通量角分布廣等優(yōu)勢。研究表明,應用現有的低軌道地球衛星數據,行星磁層系統能夠在廣泛的頻率范圍內對高頻引力波給出更強的限制,并覆蓋大片之前未涉及的參數空間。上述成果為創(chuàng )新探測方法奠定了基礎,也為探索宇宙的隱秘角落開(kāi)辟了新視角。

          相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報》上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì )、中國科學(xué)院和香港研究資助局的支持。

          行星磁層系統探測高頻引力波示意圖(左);低軌道地球衛星數據對隨機高頻引力波特征應變的95%置信水平上限(右)

          主題閱讀: 引力波
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