科学探索|科学家团队设计桌面演示展示实验室中的连续引力波科学家团队设计桌面演示||展示

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。

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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。”

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【科学探索|科学家团队设计桌面演示展示实验室中的连续引力波】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。”