我國科學家提出高頻引力波探測新方案

拿地球當引力波探測器？沒錯！記者14日從中國科學院高能物理研究所獲悉，來自該所以及香港科技大學的科研人員在高頻引力波探測方面提出了一種新的實驗方案。他們認為，具有磁層的太陽系行星，比如地球和木星等，可以被用作探測高頻引力波信號的巨型探測器。相關研究成果發表于《物理評論快報》。

所謂引力波，其實是物質和能量的劇烈運動和變化下所產生的時空變化。如果以水面來比喻時空，那么引力波就可以看作是時空的漣漪。高頻引力波是指頻率遠高于千赫茲的引力波。

2015年，激光干涉引力波天文臺（LIGO）成功探測到引力波，為觀測宇宙打開了一扇新窗口。與電磁波不同，引力波與物質相互作用較弱，其探測可能揭開暗能量和暗物質的神秘面紗，能呈現一幅更完整的宇宙圖景。“激光干涉儀成功探測引力波推動了一系列類似項目的規劃和建設，目標是探測頻率在10千赫茲以下的引力波信號。”論文作者之一、中國科學院高能物理所副研究員任婧說。

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中產生，這種引力波的探測將為探索超出標準模型的新物理提供關鍵線索。

“然而，由于這些引力波的波長較短，激光干涉儀難以捕捉這類‘高音’。”任婧坦言，一種探測方法是依賴逆格森施泰因效應，通過這一機制，高頻引力波在磁場中轉換產生光子以便探測。現有提案已考慮了多種不同環境下的磁場，但這些方案的探測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系行星作為探測高頻引力波信號的實驗室，利用環繞行星的科學衛星探測引力波在行星磁層中轉換產生的信號光子。“考慮天文觀測探測的電磁波段范圍，該方案能覆蓋較廣泛的引力波頻段。與其他探測方案相比，此方案還具有磁場強度確定性高、引力波—光子轉換有效路徑長、信號通量角分布廣等優勢。”論文作者之一、香港科技大學副教授劉滔介紹。

研究結果表明，利用現有的低軌道地球衛星數據，行星磁層系統已經能夠在廣泛的頻率范圍內對高頻引力波給出更強的限制，覆蓋了大片之前未曾涉及的引力波頻段。

劉滔表示，這項研究成果為創新引力波探測方法奠定了基礎，也為探索宇宙的隱秘角落開辟了新視角。

（中國科學院高能物理研究所供圖）