引力波是由遥远的天体产生的时空涟漪,由大型复杂的探测器(如LIGO、Virgo和KAGRA)探测。在探测器数据中寻找引力波信号是一项复杂的任务,需要先进的信号处理技术和超级计算资源。由于这种复杂性,在本科生实验室解释引力波搜索是很困难的,特别是由于使用引力波探测器或超级计算机的现场演示是不可能的。通过简化和类比,桌面演示在解释这些搜索和技术方面被证明是有效的。
一个由OzGrav科学家组成的团队,跨越多个机构和学科,设计了一个带有数据分析实例的桌面演示,以解释引力波搜索和信号处理技术。该演示可作为物理学和工程学本科生实验室的教学工具,并在《美国物理学杂志》上发表。
该项目的主要作者James Gardner(他在项目期间是墨尔本大学的OzGrav本科生,现在是澳大利亚国立大学的研究生研究员)解释说:“这个演示为一个鲜活的研究领域提供了一些迷人的见解,与他们遇到的大多数想法的年代相比,像我这样的学生应该欣赏它的时效性。”
引力波探测器是非常复杂和巨大的。但引力波探测器的工作原理是什么?引力波探测器的工作原理可以用桌面设备来演示。阿德莱德大学的研究人员已经开发出了AMIGO,就是为了做到这一点。 这项研究的共同作者、阿德莱德大学OzGrav的博士生Deeksha Beniwal解释说:“有了AMIGO这个便携式干涉仪,我们可以很容易地分享LIGO如何利用光的基本属性来探测来自宇宙最遥远的地方的波纹。”
这项工作扩展了便携式干涉仪的演示,为物理学和电子工程专业的学生选择了一些例子。本研究的共同作者、墨尔本大学电气工程专业OzGrav博士生刘昌荣(音译)解释说:“这个项目为像我这样的电气工程学生提供了一个很好的机会,让他们把一些知识投入到真实和令人兴奋的物理世界中。”
解释寻找连续引力波的过程
为了演示用桌面装置搜索信号,该团队首先需要制作一些假的信号来寻找!这就是声音的类比。这就是声音的比喻的作用:音频信号被用来模拟与探测器相互作用的引力波。该团队重点展示了对连续引力波的追寻,这是一种还没有被探测到的引力波。
该研究的共同作者、OzGrav副研究员(伯明翰大学)Hannah Middleton解释说:“连续波是来自旋转的中子星的长效信号。这些信号应该一直存在于探测器的数据中,但挑战在于如何找到它们。这个演示直接受到OzGrav物理学家和电气工程师在寻找连续引力波方面所开发的技术的启发!”
一个连续的波信号可以在频率上缓慢变化,所以这个演示中使用的音频信号也在频率上发生变化。“我们通过使用声音作为引力波的模拟物,展示了探测流浪音的过程:一个像鲸鱼叫声一样缓慢改变音调的长信号,”Gardner解释说。
这项研究的共同作者、OzGrav-Melbourne节点的负责人Andrew Melatos教授解释说:“我们希望本科生教育工作者能够强调该项目的跨学科精神,并以此为契机向学生更广泛地讲述物理学和工程学交叉领域的职业。对于有跨学科合作经验的学生来说,未来的职业前景是非常光明的。”
更新时间:2024-08-20
本站资料均由网友自行发布提供,仅用于学习交流。如有版权问题,请与我联系,QQ:4156828
© CopyRight 2008-2024 All Rights Reserved. Powered By bs178.com 闽ICP备11008920号-3
闽公网安备35020302034844号