01/12/2011 - Comment les superconducteurs peuvent détecter les ondes gravitationnelles

Menéame

Les ondes gravitationnelles sont des vibrations dans le tissu de l’espace-temps. Ils sont parmi les phénomènes les plus passionnants de l’univers, parce qu’ils sont générés par des processus exotiques, tels que des collisions entre des trous noirs et même au moment de la création elle-même, le Big Bang. Donc trouver un moyen de les étudier est un sujet important pour les astronomes.

Mais il y a un problème. Les ondes gravitationnelles compressent et étendent l’espace en voyageant, mais leurs effets sont minuscules. Les physiciens estiment que les vagues qui traversent la Terre changent la distance entre Londres et New York à peu près la largeur d’un noyau d’uranium.

Cela les rend si difficiles à observer, même si la génération actuelle de détecteurs gravitationnels devrait être en mesure de capter ce niveau de changement (à moins que quelqu'un n’ait fait une erreur considérable dans ses calculs).

Cependant, personne n’a observé directement des ondes gravitationnelles.

Ainsi, une nouvelle façon de trouver ces bêtes aura certainement un grand intérêt. Aujourd'hui, Armen Gulian de l’Université Chapman du Maryland, et quelques collègues, esquissent un nouveau type de détecteur qui a le potentiel d’être beaucoup plus petit que les colosses actuels.

Les détecteurs conventionnels sont des interféromètres géants en forme de L avec chaque bras d’une longueur de centaines de mètres. À l’extrémité de chaque bras, il y a un miroir, de sorte qu’un rayon laser puisse aller de l’avant et de l’arrière le long de la rate et interférer avec lui-même.

Toute modification de la longueur des bras devrait être présentée dans une modification du schéma d’interférence qui en résulte.

Gulian et la compagnie ont une idée différente. Imaginez une barre de métal superconducteur qui subit l’impact d’une onde gravitationnelle. Les vagues agissent sur toutes les masses à l’intérieur de la barre, mais le mouvement résultant du réseau métallique, qui est fixé, sera très différent du mouvement des électrons supraconducteurs, qui sont totalement déliés et ont la liberté de mouvement.

"L’onde tendra donc à accélérer les électrons en avant et en arrière, vers et en s’éloignant des extrémités de la barre," disent-ils.

Ensuite, ils placent une autre barre superconductrice à l’extrémité de la première, mais à un angle droit. Alors que la première barre sera compressée par une onde gravitationnelle, la seconde s’étirera. Donc les électrons de cette barre vont également osciller, bien que déplacés une demi-période par rapport à la première.

Enfin, si ces barres sont connectées par un câble superconducteur, un courant oscillant devrait circuler entre elles.

Il y a d’autres subtilités dans le design, en grande partie pour traiter avec la nature des superconducteurs, mais c’est essentiellement le principe qu’ils esquissent.

Ils vont ensuite décrire comment un si petit détecteur, fait de barres de quelques dizaines de centimètres de long, pourrait fonctionner. Une onde gravitationnelle devrait générer un courant de quelques femtoampères, un niveau qui pourrait être détectable avec des équipements commerciaux.

Le bruit, cependant, pourrait être un problème. Mais Gulian et ses collègues disent que si la fréquence des oscillations est connue à l’avance, une grande partie du bruit peut être filtrée. En outre, le détecteur pourrait être placé dans un vase magnétique pour effrayer le bruit magnétique.

C’est une idée intéressante qui semble être beaucoup moins chère et plus simple que la prochaine génération d’outils à laser qui sont actuellement conçus pour de futures missions spatiales, telles que LISA (Antenne spatiale d’influentomètre Laser). Il vaut la peine d’en parler plus en détail.

Sources:    Science Kanija /  Superconducting Antenna Concept for Gravitational Wave Radiation /  Technology Review

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