用地球当探测器？我国科学家提出高频引力波探测新方案

科技日报记者 陆成宽

拿地球当引力波探测器？没错！记者14日从中国科学院高能物理研究所获悉，来自该所以及香港科技大学的科研人员在高频引力波探测方面提出了一种新的实验方案。他们认为，具有磁层的太阳系行星，比如地球和木星等，可以被用作探测高频引力波信号的巨型探测器。相关研究成果发表于《物理评论快报》。

所谓引力波，其实是物质和能量的剧烈运动和变化下所产生的时空变化。如果以水面来比喻时空，那么引力波就可以看作是时空的涟漪。高频引力波是指频率远高于千赫兹的引力波。

2015年，激光干涉引力波天文台（LIGO）成功探测到引力波，为观测宇宙打开了一扇新窗口。与电磁波不同，引力波与物质相互作用较弱，其探测可能揭开暗能量和暗物质的神秘面纱，能呈现一幅更完整的宇宙图景。“激光干涉仪成功探测引力波推动了一系列类似项目的规划和建设，目标是探测频率在10千赫兹以下的引力波信号。”论文作者之一、中国科学院高能物理所副研究员任婧说。

值得注意的是，频率高于10千赫兹的高频引力波，也可能在宇宙早期或极端致密天体的剧烈活动中产生，这种引力波的探测将为探索超出标准模型的新物理提供关键线索。

“然而，由于这些引力波的波长较短，激光干涉仪难以捕捉这类‘高音’。”任婧坦言，一种探测方法是依赖逆格森施泰因效应，通过这一机制，高频引力波在磁场中转换产生光子以便探测。现有提案已考虑了多种不同环境下的磁场，但这些方案的探测效果受到各方面因素的限制。

此次，科研人员首次提出将太阳系行星作为探测高频引力波信号的实验室，利用环绕行星的科学卫星探测引力波在行星磁层中转换产生的信号光子。“考虑天文观测探测的电磁波段范围，该方案能覆盖较广泛的引力波频段。与其他探测方案相比，此方案还具有磁场强度确定性高、引力波—光子转换有效路径长、信号通量角分布广等优势。”论文作者之一、香港科技大学副教授刘滔介绍。

研究结果表明，利用现有的低轨道地球卫星数据，行星磁层系统已经能够在广泛的频率范围内对高频引力波给出更强的限制，覆盖了大片之前未曾涉及的引力波频段。

刘滔表示，这项研究成果为创新引力波探测方法奠定了基础，也为探索宇宙的隐秘角落开辟了新视角。

（中国科学院高能物理研究所供图）