مِكشاف بحجم العملة النقدية بإمكانه رصد موجات الجاذبية

   “ابتكار مِكشاف بحجم العملة النقدية بإمكانه رصد موجات الجاذبية قبل أن ترصدها مقاييس تداخل مرصد (LIGO)”


هذا ما صرح به عالمي الفيزياء الأستراليين الذَيْن ابتكرا الجهاز، لقد صُمم الجهاز بحيث يُسجل موجات الجاذبية ذات الترددات العالية جداً، وذلك عن طريق الاهتزازات الضعيفة للغاية التي تصدُر عنها، في حين يُحذر بعض العلماء الأخرين بأن الأجسام الفيزيائية الفلكية التي تُصدر مثل هذه الإشعاعات إما أنها تُصدرها بشكل ضعيف جداً وإما أنها غير موجودة على الإطلاق.


هذه الموجات تنبأت بها نظرية النسبية العامة لأينشتاين، إلا أنها لم تُرصد بشكل فعلي حتى الآن، تتموج هذه الموجات في الزمكان نتيجة تسارُع الأجسام الضخمة، ابتكر المِكشافَ كلٌ من (Maxim Goryachev) و(Michael Tobar) من جامعة “طوبار” في غرب استراليا، وهو مبني على تكنولوجيا رصد (كتلة الرنين – resonant mass) الموجودة منذ عقود.

تم ابتكار مِكشافات “كتلة الرنين” في أواخر خمسينيات القرن الماضي بقيادة (Joseph Weber) من جامعة ميرلاند بالولايات المتحدة، وكانت هذه المِكشافات تتكون من قضبان حديدية طولها حوالي “المتر” ووزنها “طن” تقريباً، مما جعلها حساسة للغاية تجاه موجات الجاذبية ذات الترددات التي قد تصل إلى بضعة كيلوات هيرتز، ولكن اتضح أن الاهتزازات الصغيرة التي تنجم عن موجات الجاذبية صعب كشفها للغايية، خصوصاً مع وجود الضوضاء الحرارية في القضبان الحديدية بالرغم من تبريدها.

إلا أن (Goryachev) و(Tobar) تغلبا على هذه المشكلة من خلال استهداف إشعاع جاذبية في نطاق 1–1000 ميجا هيرتز، لقد اعتقد (Tobar) في البداية أن هذا النوع الصغير جداً من المكشافات المتناسب مع الترددات سيكون خفيفاً جداً ولن يُصدر أي نوع من الإشارات القابلة للقياس، إلا أنه أدرك بعدها أن بإمكانه تحقيق نسبة الحساسية المطلوبة عن طريق تبريد تجويف موجة صوتية جسيمية كوارتزية، ثم تعزيز مخرجاتها باستخدام مُضخم إلكتروني منخفض الضوضاء من نوع “SQUID”.

يقول (Tobar): “لقد كانت تكنولوجيتنا هذه موجودة لعقود، ولكنها كانت في درجة حرارة الغرفة العادية”.
يتكون جهازهم من قرص كوارتز قطره حوالي 2,5 سنتيمتر، يتصلبمفصلة إلى قطعة كوارتزية أخرى وموضعة في حجرة فراغية. تقوم موجة الجاذبية عالية التردد بذبذبة القرص متسببة في موجة صوتية عبر القرص الذي سمكه 2 ملليمتراً، يقوم القرص بالانثناء قليلاً لاعتراض كمّات الصوت (فونونات صوتية) مما يُحسن من نسبة الإشارة إلى الضجيج، كما تسمح الطبيعة الكهروضغطية للـ(كوارتز) للاهتزازت الصغيرة لأن تتحول لإشارة كهربية يتم تضخيمها باستخدام “المضخم الإلكتروني” السابق ذكره.

يعمل الباحثون الآن على الوصول لنطاق الأربعة آلاف، ويأملون في الحصول على المضخم الإلكتروني ذو الحساسية العالية ونظام التبريد المُتقن بحيث يصلوا بالقدرة إلى نحو 10 آلاف بحلول العام القادم. يُكلف صُنع هذا الجهاز حوالي 500,000 دولار، ويقول الباحثون أن إحكام وسهولة تُبشر بسرعة تطوره إلى المصفوفات التي من شأنها أن تُزيد من الحساسية وتُساعد على تصفية لأحداث الزائفة.

وبعد بيان كل المصادر الممكنة للضوضاء، افترض (Goryachev) و(Tobar) بأن مِكشافهما سيكون حساساً لانفعالات من الزمكان يصل انخفاضها ما بين 10 إلى 22،وهي النسبة التي صًمم مرصد (LIGO) المُطوّر لتحقيقه، وهذا المرصد يُعتبر تطوير لاثنين من مِكشافات (LIGO) الموجودة في أمريكا، والتي تبحث عن موجات الجاذبية باستخدام كتل ضخمة متمركزة في نهايات المقياسات البصرية لتداخل الأمواج مع أذرع طولها 4 كيلومترات، ومن المتوقع أن تكشف هذه المراصد الضخمة عن موجات ترددها ما بين 0.1–1 كيلوهرتز، ومن مصادر مثل النجوم النيترونية الثنائية أو الثقوب السوداء المتصادمة، وذلك بحلول عام 2018.

يقول كلاً من (Goryachev) و(Tobar) بأن أجهوتهما ستكون قادرة على الكشف عن الثقوب السواء منخفضة الكتلة والمُحاطة بالمادة المُظلمة التي تُصدر موجات جاذبية كتلك التي يُصدرها إلكترون محدود في ذرة تُصدر ينبعث منها إشعاع كهرومغناطيسي، كما أضافوا بعض المصادر المحتملة، مثل تدفقات البلازما والكيانات الكونية الغريبة مثل السلاسل الكونية أو سُحُب الأكسيون، ويقول (Tobar) بأن جهازها بإمكانه الكشف عن موجات الجاذبية قبل مرصد (LIGO)، وأضاف: “يمكننا على الأقل وضع أول حد أقصى لهذه المصادر”.

وأشاد Mike Cruise، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة برمنغهام في المملكة المتحدة، بهذا الاقتراح الذي وصفه بأنه “مُعقّد للغاية ولكن قابل للتصديق”، ولكنه حذر من أن العديد من المصادر عالية التردد لا تزال نظرية وربما غير موجودة، ومن المُحتمل أن تكون أضعف من أن ترصدها المقياسات البصرية.

المصدر