Extrémne výkonné supravodivé magnety môžu byť použité ako detektory gravitačných vĺn

Od prelomového objavu gravitačných vĺn v roku 2015 má ľudstvo nový zmysel. Po tisícročiach pozorovania vesmíru len očami sme sa konečne naučili „počuť“ tie najdramatickejšie kozmické udalosti – zrážky čiernych dier a neutrónových hviezd, ktoré rozvlnia samotnú štruktúru časopriestoru.  

Súčasné detektory, ako je slávne observatórium LIGO, fungujú na princípe laserovej interferometrie a sú majstrovským dielom inžinierstva. Sú však naladené len na úzke frekvenčné pásmo, od desiatok do niekoľkých tisíc hertzov. Je to, akoby sme z celej kozmickej symfónie dokázali počuť len hlboké basové tóny.  

Obrovská časť vesmírneho orchestra však hrá vo vyšších frekvenciách, v pásme od kilohertzov až po megahertze, ktoré je pre nás zatiaľ úplne tiché. Práve v tomto neprebádanom spektre sa môžu skrývať odpovede na najhlbšie záhady fyziky.

Tieto vysokofrekvenčné signály by nepochádzali z masívnych zrážok, ale z menších, rýchlejších a často oveľa starších udalostí – možno z binárnych systémov primordiálnych čiernych dier, exotických fázových prechodov v ranom vesmíre alebo dokonca z vibrácií kozmických strún, teoretických reliktov z čias tesne po Veľkom tresku.  

Až donedávna sme nemali nástroj, ako tieto vysoké tóny vesmíru zachytiť. Teraz však vedci prišli s revolučným a prekvapivo elegantným nápadom, ktorý bol publikovaný v prestížnom časopise Physical Review Letters. Navrhujú použiť ako detektory gravitačných vĺn extrémne výkonné supravodivé magnety.  

Princíp je geniálny vo svojej jednoduchosti. Keď gravitačná vlna prejde cez takýto magnet, nepatrne zdeformuje časopriestor a spôsobí, že sa vodiče supravodivej cievky, ktorými preteká prúd, jemne zachvejú. Tento mikroskopický pohyb vytvorí slabé, oscilujúce magnetické pole – akýsi „striedavý šepot na pozadí jednosmerného poľa“.

Tento nepatrný signál je potom možné zachytiť pomocou extrémne citlivých kvantových senzorov známych ako SQUID. Najväčšou výhodou tohto prístupu je, že nemusíme začínať od nuly. Navrhovaná metóda je plne kompatibilná s hardvérom, ktorý sa už plánuje alebo buduje pre úplne iný typ výskumu: hľadanie axiónov, hypotetických častíc tmavej hmoty.

Experimenty ako DMRadio a ADMX-EFR už využívajú presne tie technológie, ktoré sú potrebné na detekciu vysokofrekvenčných gravitačných vĺn – výkonné magnety, kryogénne chladenie, dokonalé tienenie a kvantové senzory. Tento koncept už nie je len teóriou.

Pilotná štúdia, ktorá využila malý axiónový aparát ABRACADABRA-10 cm, už uskutočnila prvé hľadanie a dokázala, že metóda je životaschopná. Otvárame tak úplne nové okno do vesmíru, ktoré nám umožní skúmať javy z jeho najranejších fáz, ku ktorým sme doteraz mali prístup len prostredníctvom teoretických modelov.  

Zdroj: discoverwildscience.com.

^{Zdroj Foto: depositphotos.com.}