Un détecteur révolutionnaire qui vise à utiliser le quartz pour capturer les ondes gravitationnelles à haute fréquence a été construit par des chercheurs du Centre d'excellence de l'ARC pour la physique des particules de matière noire (CDM) et de l'Université d'Australie occidentale.

Au cours de ses 153 premiers jours de fonctionnement, deux événements ont été détectés qui pourraient, en principe, être des ondes gravitationnelles à haute fréquence, qui n'ont pas été enregistrés par les scientifiques auparavant.

De telles ondes gravitationnelles à haute fréquence peuvent avoir été créées par un trou noir primordial ou un nuage de particules de matière noire.

Les résultats ont été publiés ce mois-ci dans Lettres d'examen physique dans un article intitulé « Evénements rares détectés avec une antenne à ondes gravitationnelles haute fréquence à ondes acoustiques en vrac. »

Les ondes gravitationnelles ont été initialement prédites par Albert Einstein, qui a théorisé que le mouvement des objets astronomiques pourrait provoquer l'envoi d'ondes de courbure de l'espace-temps se propageant à travers l'univers, presque comme les vagues causées par les pierres tombées dans un étang plat. Cette prédiction a été prouvée en 2015 par la première détection d'un signal d'onde gravitationnelle.

Les scientifiques pensent que les ondes gravitationnelles à basse fréquence sont causées par la rotation et la fusion de deux trous noirs ou la disparition d'une étoile dans un trou noir.

Depuis, une nouvelle ère de recherche sur les ondes gravitationnelles a commencé, mais la génération actuelle de détecteurs actifs présente une forte sensibilité aux seuls signaux de basse fréquence ; la détection des ondes gravitationnelles à haute fréquence est restée un front inexploré et extrêmement difficile en astronomie. Malgré l'attention portée aux ondes gravitationnelles à basse fréquence, il existe également un nombre important de propositions théoriques pour les sources GW à haute fréquence, par exemple, trous noirs primordiaux.

Le nouveau détecteur conçu par l'équipe de recherche du CDM pour capter les ondes gravitationnelles à haute fréquence est construit autour d'un résonateur à ondes acoustiques massives à cristal de quartz (BAW). Au cœur de cet appareil se trouve un disque de cristal de quartz qui peut vibrer à des fréquences élevées en raison des ondes acoustiques qui traversent son épaisseur. Ces ondes induisent ensuite une charge électrique à travers l'appareil, qui peut être détecté en plaçant des plaques conductrices sur les surfaces extérieures du disque de quartz.

Le dispositif BAW était connecté à un dispositif d'interférence quantique supraconducteur, connu sous le nom de SQUID, qui agit comme un amplificateur extrêmement sensible pour le signal basse tension du quartz BAW. Cet ensemble a été placé dans plusieurs écrans anti-rayonnement pour le protéger des champs électromagnétiques parasites et refroidi à basse température pour permettre aux vibrations acoustiques de faible énergie du cristal de quartz d'être détectées sous forme de tensions élevées à l'aide de l'amplificateur SQUID.

L'équipe, qui comprenait le Dr Maxim Goryachev, Professeur Michael Tobar, Guillaume Campbell, Ik Siong Heng, Serge Galliou et le professeur Eugène Ivanov vont maintenant travailler à déterminer la nature du signal, confirmant potentiellement la détection d'ondes gravitationnelles à haute fréquence.

M. Campbell a déclaré qu'une onde gravitationnelle n'est qu'un candidat possible détecté, mais d'autres explications du résultat pourraient être la présence de particules de charge ou l'accumulation de contraintes mécaniques, un événement météore ou un processus atomique interne. Cela pourrait également être dû à une masse très élevée de candidats de matière noire interagissant avec le détecteur.

"C'est passionnant que cet événement ait montré que le nouveau détecteur est sensible et nous donne des résultats, mais maintenant nous devons déterminer exactement ce que signifient ces résultats, ", a déclaré M. Campbell.

"Avec ce travail, nous avons démontré pour la première fois que ces appareils peuvent être utilisés comme détecteurs d'ondes gravitationnelles très sensibles. Cette expérience est l'une des deux seules actuellement actives dans le monde à rechercher des ondes gravitationnelles à haute fréquence à ces fréquences et nous avons l'intention d'étendre notre portée à des fréquences encore plus élevées, où aucune autre expérience n'a été menée auparavant. Le développement de cette technologie pourrait potentiellement fournir la première détection d'ondes gravitationnelles à ces hautes fréquences, nous donnant un nouvel aperçu de ce domaine de l'astronomie des ondes gravitationnelles.

"La prochaine génération de l'expérience impliquera la construction d'un clone du détecteur et d'un détecteur de muons sensible aux particules cosmiques. Si deux détecteurs trouvent la présence d'ondes gravitationnelles, ce sera vraiment excitant, " il a dit.