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物理系学生是LIGO引力波发现的一部分

Gravitational wave contributors
引力波贡献者 本科生梅丽莎·古德里(左)和伊芙·蔡斯是报告引力波观测的国际合作组织的成员,亨特·鲁(图中没有)也是其中一员,他是发现论文的合著者。约瑟夫·麦克莱恩摄

梅丽莎·古德里在9月份听到了《谣言》,并向伊芙·蔡斯提起了这件事。

有传言说,LIGO科学合作组织记录了被认为是引力波的信号,并正在分析它们。蔡斯自己做了分析。

蔡斯说:“直到10月中旬,我都可以访问LIGO的所有数据,所以当梅丽莎告诉我她听到了可能探测到的谣言时,我上网决定进入他们的数据库,看看他们在处理什么。”

谣言当然是真的,2月11日,LIGO引力波观测的结果在备受期待的网络新闻发布会上宣布了。位于华盛顿和路易斯安那州的LIGO天文台都记录到了大约10亿年前两个黑洞合并产生的引力波。这一事件如此遥远,以至于去年秋天,以接近光速的速度传播的波浪刚刚在地球上荡起涟漪。

16岁的Chase和17岁的Guidry是William & 玛丽的物理系学生,也是国际LIGO合作项目的参与者。威廉与玛丽学院的第三位本科生,16岁的Hunter Rew,与威廉与玛丽学院物理系助理教授Eugeniy Mikhailov以及两名研究生Mi Zhang和Gleb Romanov共同撰写了《物理评论快报》上描述这一突破性观察的论文。威廉玛丽大学是弗吉尼亚唯一一所参与LIGO科学合作项目的大学。

在9月14日的观测和2月11日的宣布之间的几个月里,所有威廉和玛丽LIGO的合作者,以及大多数其他参与其中的物理学家,都能够保守这个秘密。

“我几个月前就知道这个发现了,其他合作者也知道,”鲁说。“我总是听到人们说,当被问及这个问题时,保守秘密是多么困难,但作为一个低调的成员,我从来没有遇到过这个问题!”

在过去的两年里,Rew一直是LIGO科学合作组织LSC的成员。在与米哈伊洛夫会面后,他开始参与引力波研究,并成为威廉与玛丽量子光学小组的一员。不过,他对LIGO的了解早在几年前就开始了。

“我第一次听说LIGO是在大约15岁的时候,在《数字3》的一集中,拉里的佳博体育被抢劫了,”鲁说。拉里惊呼:“我的LIGO佳博体育?????。这对我来说是一句难忘的话。从那时起,“LIGO”对我来说就像NASA和CERN一样,是一个理想化/浪漫化的名字。能成为其中的一员是我梦想成真的感觉,我希望我的好运能继续下去。”

他在量子光学小组的工作涉及到使用一种叫做电磁感应透明的现象来减少量子背景噪声,Rew解释说,这种效应可以用作频率滤波器来提高LIGO的灵敏度。

此外,2014年夏天,通过加州理工学院暑期本科生研究奖学金(SURF)项目,Rew在路易斯安那州利文斯顿的LIGO天文台工作。他致力于干涉仪中光学散射的测量和建模,这与他在威廉和玛丽量子光学小组的工作无关。

Chase和Guidry通过佛罗里达大学国家科学基金会资助的本科生研究经验(REU)项目参与了引力波研究。

“这是一个非常有趣的REU,”蔡斯说。“他们从美国招收了大约15名学习物理学的本科生,把他们送到欧洲、亚洲和澳大利亚的不同地方,从事与引力波物理学相关的不同项目。”

通过REU项目,Chase于2014年夏天前往巴黎,在astroparticle et Cosmologie佳博体育工作。她创建了一个原始的计算机程序,模拟了两个黑洞的螺旋和最终合并——这种宇宙现象产生了引力波,一年后引力波穿过地球,被LIGO干涉仪探测到。

2015年夏天,蔡斯参加了加州理工学院的SURF项目。她在洛杉矶工作,但她的团队去了利文斯顿天文台。这是一个巨大的设施;蔡斯相信,在飞往利文斯顿的飞机上,她可以看到干涉仪长达数英里的臂部。

当蔡斯在加州理工学院时,圭德里在意大利卡斯奇纳的LIGO-Virgo设施工作,作为佛罗里达州-美国国家科学基金会REU项目的参与者。她说处女座干涉仪非常大,可以用作冬季两项比赛的场地。

“你要做的就是沿着干涉仪的臂跑下去,然后给你的队友贴上标签,”古德里解释说。“然后他们沿着胳膊跑,然后有人骑自行车绕过另一条胳膊。”

在处女座,Guidry的工作包括检查当地的磁场,以找到一个最不受磁场干扰的区域。

“为了完成这项工作,我操作了一个巨大的,像火箭筒一样的磁力计,把它从一个地点带到另一个地点,”Guidry说。“有一次,我甚至穿越托斯卡纳山脉,测量一个非常安静的信号。”

这三位本科生都说,2月11日美国国家科学基金会宣布这一消息后,他们充分感受到科学成就,甚至它在历史上的地位。

“我和其他学生和教师在小大厅观看了官方宣布,看到每个人的热情非常令人兴奋,”鲁说。“我早就预料到了,这条消息会从我的物理书呆子朋友那里传出来,但我没想到这个消息会如此广泛和受欢迎。”

蔡斯在宣布消息的那天穿着她的LIGO t恤,说她前一天晚上睡不着觉。她是威廉玛丽天文学俱乐部的联合主席,她说她对物理学的兴趣是在她高中天文馆的黑暗中点燃的。她说她对引力波天文学的前景特别感兴趣。

蔡斯说:“我认为,40年后,引力波天文学将在物理学和天文学领域几乎司空见惯。”“我们将探测到越来越多的双黑洞系统,也许是中子星,超新星,也许是大爆炸引力波的本质。但我希望最终研究的是我们甚至没有想到会出现的引力波信号。”

圭德里用一个词概括了她对LIGO宣布的最初反应:幸福。

她说:“知道自己是如此巨大、如此遥远的事物的一部分,这种感觉真的很好,它将永远影响和改善人类。”“这种感觉很好,但这种事情会让你怀疑在你的余生中是否还会发生。”