این امواج در هنگام عبور، فضا را میکشند و فشرده میکنند، اما این اثر آنقدر ظریف است که حتی از پهنای یک پروتون نیز کوچکتر است. زمانی که اینشتین بیش از یک قرن پیش امواج گرانشی را پیشبینی کرد، احتمالاً هرگز تصور نمیکرد روزی آهنرباها بتوانند این موجهای کیهانی را آشکار کنند. با این حال، پژوهش جدیدی به رهبری «ولری دومک» از مرکز سرن (CERN)، نشان میدهد که سامانههای مغناطیسی میتوانند به آشکارسازهایی بسیار حساس برای امواج گرانشی تبدیل شوند و راهی نو برای مطالعه برخی از خشنترین رخدادهای کیهانی پیش روی دانشمندان قرار دهند.
(اعتبار: اورن جک ترنر)
آشکارسازهای سنتی امواج گرانشی، مانند LIGO، از تداخلسنجی لیزری برای اندازهگیری این تغییرات بسیار کوچک در فاصله استفاده میکنند. اما پژوهش تازه، رویکردی کاملاً متفاوت را پیشنهاد میدهد: استفاده از میدانهای مغناطیسی بهعنوان حسگر. این ایده بر پایه یک اصل فیزیکی جالب شکل گرفته است. هنگامی که یک موج گرانشی از درون میدان مغناطیسی جریان مستقیم (DC) عبور میکند، با سیمهای رسانایی که جریان الکتریکی در آنها جاری است، برهمکنش پیدا میکند. این برهمکنش باعث میشود سیمها با همان فرکانس موج گرانشی به نوسان درآیند.
این نوسانات جریان، مؤلفهای از جریان متناوب (AC) ایجاد میکنند که قابل اندازهگیری و تحلیل است. بهعبارتی، سامانه مغناطیسی، اعوجاج فضا-زمان ناشی از موج گرانشی را به یک سیگنال الکتریکی قابل آشکارسازی تبدیل میکند. پژوهشگران، این سامانه را نوعی «میله وبر مغناطیسی» (Magnetic Weber Bar) مینامند؛ اشارهای به جوزف وبر، فیزیکدانی که در دهه 1338 پیشگام آشکارسازی امواج گرانشی بود.
(اعتبار: آزمایشگاه LIGO)
آنچه این رویکرد را بهویژه امیدوارکننده میسازد، گستره حساسیت آن است. آشکارسازهای مغناطیسی در بازهای وسیع از فرکانسها – که بین فرکانسهای تشدید مکانیکی و الکترومغناطیسی سامانه محدود شدهاند – عملکرد بسیار خوبی نشان میدهند. این گستره وسیع میتواند مکمل آشکارسازهای فعلی باشد که تنها برای فرکانسهای خاصی بهینه شدهاند.
شاید شگفتانگیزترین نکته در این کشف، پیوندی غیرمنتظره میان دو شاخه پیشروی فیزیک باشد. این مفهوم بهویژه در کنار آهنرباهای قدرتمندی که در جستوجوی ماده تاریک از نوع اکسیون بهکار میروند، بهخوبی عمل میکند. ماده تاریک اکسیونی، ذراتی فرضی هستند که میتوانند یکی از بزرگترین رازهای کیهان را توضیح دهند.
آزمایشهایی مانند DMRadio و ADMX-EFR از سامانههای مغناطیسی پیچیدهای برای شکار این ذرات گریزان استفاده میکنند. پژوهش جدید نشان میدهد که همین سامانهها میتوانند همزمان بهعنوان آشکارسازهای امواج گرانشی نیز به کار روند — گویی با یک تیر، دو نشان زده میشود.
(اعتبار: رصدخانه جنوبی اروپا – ESO)
این قابلیت دوگانه، تنها یک بهرهوری فناورانه نیست؛ بلکه نمونهای از آن است که چگونه پیشرفت در یک حوزه از فیزیک بنیادی میتواند بهشکلی غیرمنتظره به حوزهای دیگر سود برساند و شاید روند کشفها را در هر دو زمینه — یعنی اخترشناسی امواج گرانشی و پژوهش در ماده تاریک — تسریع کند.
گرچه این پژوهش، پایهای نظری برای آشکارسازی مغناطیسی امواج گرانشی ارائه میدهد، گامهای بعدی شامل آزمایش عملی این ایده و بهینهسازی حساسیت آن خواهد بود. با ادامه توسعه سامانههای مغناطیسی قدرتمند برای جستوجوی ماده تاریک، ممکن است بهزودی نخستین آزمونهای واقعی این روش نوآورانه انجام شوند.
این همگرایی میان اخترشناسی امواج گرانشی و پژوهش ماده تاریک، نمونهای از آن است که چگونه فیزیک مدرن، همچنان ارتباطهای شگفتانگیزی میان پدیدههای بهظاهر بیارتباط کشف میکند — و شاید درهای تازهای بهسوی درک رازهای بنیادی کیهان بگشاید.