用地球當(dāng)探測(cè)器？我國(guó)科學(xué)家提出高頻引力波探測(cè)新方案

科技日?qǐng)?bào)記者 陸成寬

拿地球當(dāng)引力波探測(cè)器？沒(méi)錯(cuò)！記者14日從中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所獲悉，來(lái)自該所以及香港科技大學(xué)的科研人員在高頻引力波探測(cè)方面提出了一種新的實(shí)驗(yàn)方案。他們認(rèn)為，具有磁層的太陽(yáng)系行星，比如地球和木星等，可以被用作探測(cè)高頻引力波信號(hào)的巨型探測(cè)器。相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。

所謂引力波，其實(shí)是物質(zhì)和能量的劇烈運(yùn)動(dòng)和變化下所產(chǎn)生的時(shí)空變化。如果以水面來(lái)比喻時(shí)空，那么引力波就可以看作是時(shí)空的漣漪。高頻引力波是指頻率遠(yuǎn)高于千赫茲的引力波。

2015年，激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）成功探測(cè)到引力波，為觀測(cè)宇宙打開(kāi)了一扇新窗口。與電磁波不同，引力波與物質(zhì)相互作用較弱，其探測(cè)可能揭開(kāi)暗能量和暗物質(zhì)的神秘面紗，能呈現(xiàn)一幅更完整的宇宙圖景?！凹す飧缮鎯x成功探測(cè)引力波推動(dòng)了一系列類似項(xiàng)目的規(guī)劃和建設(shè)，目標(biāo)是探測(cè)頻率在10千赫茲以下的引力波信號(hào)?！闭撐淖髡咧?、中國(guó)科學(xué)院高能物理所副研究員任婧說(shuō)。

值得注意的是，頻率高于10千赫茲的高頻引力波，也可能在宇宙早期或極端致密天體的劇烈活動(dòng)中產(chǎn)生，這種引力波的探測(cè)將為探索超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理提供關(guān)鍵線索。

“然而，由于這些引力波的波長(zhǎng)較短，激光干涉儀難以捕捉這類‘高音’?！比捂禾寡?，一種探測(cè)方法是依賴逆格森施泰因效應(yīng)，通過(guò)這一機(jī)制，高頻引力波在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)換產(chǎn)生光子以便探測(cè)?，F(xiàn)有提案已考慮了多種不同環(huán)境下的磁場(chǎng)，但這些方案的探測(cè)效果受到各方面因素的限制。

此次，科研人員首次提出將太陽(yáng)系行星作為探測(cè)高頻引力波信號(hào)的實(shí)驗(yàn)室，利用環(huán)繞行星的科學(xué)衛(wèi)星探測(cè)引力波在行星磁層中轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的信號(hào)光子。“考慮天文觀測(cè)探測(cè)的電磁波段范圍，該方案能覆蓋較廣泛的引力波頻段。與其他探測(cè)方案相比，此方案還具有磁場(chǎng)強(qiáng)度確定性高、引力波—光子轉(zhuǎn)換有效路徑長(zhǎng)、信號(hào)通量角分布廣等優(yōu)勢(shì)?！闭撐淖髡咧弧⑾愀劭萍即髮W(xué)副教授劉滔介紹。

研究結(jié)果表明，利用現(xiàn)有的低軌道地球衛(wèi)星數(shù)據(jù)，行星磁層系統(tǒng)已經(jīng)能夠在廣泛的頻率范圍內(nèi)對(duì)高頻引力波給出更強(qiáng)的限制，覆蓋了大片之前未曾涉及的引力波頻段。

劉滔表示，這項(xiàng)研究成果為創(chuàng)新引力波探測(cè)方法奠定了基礎(chǔ)，也為探索宇宙的隱秘角落開(kāi)辟了新視角。

（中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所供圖）