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清华团队:探测引力波背后的“中国力量”

2016年02月14日10:53    来源:北京日报    手机看新闻
原标题:清华团队:探测引力波背后的“中国力量”

众里寻它千百度。近一个世纪的求索后,人类终于聆听到宇宙深处的声音。美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)成功探测到引力波,背后有十多个国家、千余名研究人员的艰辛付出。

其中,中国清华大学的科研团队以高精度的数据分析能力帮助“净化”了引力波探测中的干扰信号,加速了迈向星辰大海的征程。

  “数海寻珠”助力搜索

2009年,清华大学被LIGO科学合作组织(LSC)接受为正式成员,也是目前中国大陆唯一的LSC成员。清华大学信息技术研究院研究员、LSC理事会成员曹军威是清华大学LIGO工作组负责人。

为了捕捉“虚无缥缈”的引力波,研究者们苦练“内功”。曹军威说,最大的挑战在于LIGO数据的采样频率特别高,达到每秒1万6千次以上,采样信道达上万个,数据量大,需要先进的计算机处理技术做支撑,提高数据处理效率,这也是清华团队的工作重点。

例如,引力波数据分析极为关键的一步是区分引力波信号和其他干扰信号。清华团队将人工智能领域的核心“机器学习”方法用于加强引力波数据噪声分析。对引力波信号的提取有一个非常直观的做法,就是将引力波信道的事件和其他环境信道的事件进行比对,如果引力波信道的某类事件跟某些环境信道的事件耦合性比较强,就可以据此“否决”引力波信道的事件。

“漫长的时间里LIGO探测器并没有达到设计精度,是探测不到真正的引力波信号的,可以认为实际大家在处理的全都是噪声,可就是在对这些噪声的一点一滴的处理中不断积累经验,不断提升仪器的精度,才有了今天的探测灵敏度,”他说。

一个典型的引力波应变大约在质子直径的万分之一,具有极高灵敏度的LIGO探测器才能够测量出如此微小的变化。在曹军威看来,探测器的精度提升和数据分析处理相辅相成,最终成就了引力波探测的成功,这是全世界千余名研究人员共同努力的结果。

  “高冷科研”彰显魅力

引力波的探测和数据分析还需要多学科背景的研究者联合工作,这也带动了光学、工程、计算机等多学科的前沿发展。曹军威说:“科学探索的需求一直是计算机技术发展的驱动力之一。LIGO项目对数据处理要求极高,对计算技术挑战很大,清华参与LIGO项目也是希望掌握第一手的应用需求,有的放矢地开展计算机应用研究。”

国际上引力波科学研究和观测工作如火如荼,而中国在这方面基础相对薄弱,目前还没有自主建设的引力波天文台。曹军威认为,接下来中国亟需自主建设引力波天文台,既要脚踏实地培养人才,又要有开放合作的心态,充分借鉴国际上已有研究和实验成果,并大力加强跨领域合作。

不过,把引力波的发现用于科幻迷们期待已久的时空穿越和星际通信,还需漫长的等待。

这一看似“高冷”的基础科学突破,在普通人中也掀起涟漪。“这就是基础科学研究的魅力所在,任何人与生俱来就会有的好奇心,驱使大家有兴趣去琢磨一下,虽然大多数人不会以此为职业,”曹军威说。

  “艰深科学”平实解读

据曹军威介绍,在这次引力波探测成功的消息发布过程中,世界各地LIGO科学合作组织中的华人学者也自发组成团队,夜以继日把最新成果资料翻译成中文,第一时间呈现给国内读者。在LIGO官方发布消息的12小时内,多篇由一线研究者和学界专家撰写的深入浅出的解读性文章,通过互联网、移动端密集发布,使得艰深的科学发现“飞入寻常百姓家”。

一名读者在一篇科普文章下评论道:“多年以后,面对浩瀚星海,远航的星舰文明将会回想起2016年2月11日,人类公开宣布首次探测到引力波信号的那个遥远夜晚。”(据新华社北京2月13日电)

(责编:钟哲、甘霖)


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