原初引力波与阿里探测计划
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天上的引力波源主要有什么天上的引力波源主要有什么引力波是通过望眼镜等观测仪器来发现的,到底天上的引力波源有哪些?下面是店铺整理的天上的引力波源介绍,希望对你有帮助。
天上的引力波源引力波源于因斯坦建立广义相对论以后的预言,即极端天体物理过程中引力场急剧变化,产生时空扰动并向外传播。
从LIGO在2015年9月14日首先发现双黑洞并合产生的引力波事件以来,人们已探测到4例引力波事件。
昨日(2017年10月16日)发现的引力波事件不同于以往的双黑洞并合,而是由两颗中子星并合产生。
这是人类首次同时探测到引力波及其电磁对应体,印证了“双中子星并合不仅能产生引力波,还能产生电磁波”的理论预言,因此有评论称“正式开启了引力波天文学时代”。
由于该引力波事件意义重大,天文学界使用了大量的地面望远镜和空间望远镜进行观测。
但在引力波事件发生时,仅有4台X射线和伽马射线望远镜成功监测到爆发天区,其中就有“慧眼”。
“慧眼”由中国国家国防科技工业局与中国科学院联合资助建造,于2017年6月15日发射升空,目前仍处于试运行阶段。
“慧眼”不仅在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在天区,还对其伽马射线电磁对应体(简称“引力波闪”)在百万电子伏特(MeV)高能区的辐射性质给出严格限制。
中国科学院高能物理研究所的专家解释,比较4台监测到爆发天区的望远镜,“慧眼”在0.2—5MeV能区的探测接收面积最大、时间分辨率最高。
由于此次引力波闪极为暗弱,导致没有望远镜在MeV能区探测到引力波闪,“慧眼”对引力波闪在MeV高能区的辐射性质给出上限更显可贵。
因此,“慧眼”以合作组形式加入报告本次历史性发现的论文。
需指出的是,“慧眼”原本的设计目标是探测黑洞、中子星等银河系内的X射线天体,项目组通过创新使用望远镜辅助探测器,获得探测伽马暴及引力波闪的额外能力,使其成为国际上正在运行的最重要的伽马射线暴监测设备之一。
引力波是横波还是纵波引力波是横波。
引力波探测技术的最新进展引力波是阿尔伯特·爱因斯坦在其广义相对论中首次预测的现象,它是由大质量天体(如黑洞、中子星等)运动产生的时空涟漪。
自2015年首次成功探测到引力波以来,全球的引力波研究进入了一个全新的阶段。
本文将详细探讨引力波探测技术的最新进展,包括探测器的性能提升、数据分析方法的创新、以及未来的研究方向等。
一、引力波探测器的发展历程引力波的直接探测始于2015年,当时美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)首次检测到了来自于两个黑洞合并产生的引力波信号。
这一历史性的发现不仅验证了爱因斯坦的预测,也为天文学开辟了新的研究领域。
1. LIGO和VIRGOLIGO是专门为探测引力波而设计的大型激光干涉仪,拥有两个分开运行的观测点位于美国。
其中一个位于路易斯安那州,另一个则在华盛顿州。
VIRGO是位于意大利的一台类似设备。
通过分析全球多个引力波探测器的数据,研究人员能够更准确地定位引力波源,并获得更有价值的信息。
2. KAGRAKAGRA是日本的一台新型引力波探测器,采用了超导技术和地下探测设施。
这一设计可以有效抑制地面噪声,提高信号的灵敏度,从而使其能够探测到更远距离和更低频率的引力波。
KAGRA的加入标志着国际合作在这一研究领域的重要性,也使得全球引力波观测网络逐渐形成。
二、技术革新与性能提升随着观察量及试验次数的增多,引力波探测技术也在不断进步。
新的科技进步使得探测器的性能得到了显著提升。
1. 设备灵敏度的提高LIGO和VIRGO在运行期间定期进行升级,以提高其灵敏度。
例如,在2019年,LIGO完成了其二期升级项目,使得其灵敏度相较于初始运行期间提高了一倍以上,这意味着它能够检测到更小幅度的时空扰动。
2. 先进数据处理与分析算法为了解释从引力波信号中提取更多信息,科学家们开发了新的数据处理与分析算法,例如机器学习算法。
通过庞大的训练数据集,这些算法能够更好地从背景噪声中分辨出信号,有效提高信号提取的准确性。
1142中国科学院粒子天体物理重点实验室中国科学院粒子天体物理重点实验室(以下简称实验室)依托单位为中国科学院高能物理研究所,其前身为1951年中国科学院近代物理研究所成立的宇宙线研究组,后演变为原子能研究所和高能物理研究所宇宙线室。
著名物理学家张文裕、王洽昌、肖健等曾任该室主任,著名物理学家钱三强、何泽慧始终关心并置身于该室的科学研究。
经中国科学院批准,宇宙线和高能天体物理开放实验室于1997年4月成立,2003年7月更名为粒子天体物理重点实验室。
实验室在2014年和2019年的中国科学院重点实验室评估中连续两次被评为A类。
目前,张双南研究员任实验室主任,蔡荣根院士任实验室学术委员会主任。
一、目标、定位与发展策略实验室面向国际科技前沿和国家战略需求,以揭示深层次的物质结构和大尺度的物理规律为目标,重点建设粒子天体物理学交叉学科,聚焦高能天体物理、宇宙线天体物理、中微子天体物理、暗物质、粒子宇宙学等研究方向,开展全方位(地下、高山和空间)、多波段(微波、光学、X射线和丫射线)、多信使(电磁波、中微子、宇宙线)的观测和探测研究,同时根据学科需要布局实验项目,发展核心技术,致力于建设特色鲜明、国际先进和领先的粒子天体物理领域高水平的基础理论和实验研究、新探测技术研发中心及高层次人才培养基地,取得重大和突破性科学成果,引领国际粒子天体物理领域的发展。
实验室的总体定位是:瞄准重大问题开展基础研究,针对学科前沿提出重大项目,建设实验平台提升仪器性能,发展核心技术支撑长远发展。
发展策略是:“四代同室”一成果一代、研制一代、预研—代、概念一代。
二、重要任务和成果实验室凭借在实验设计、探测器研制、观测数据处理、物理解释等方面的综合优势,提岀并承担或参与了多项粒子天体物理领域的大型实验项目。
空间X/丫射线天文观测与空间粒子探测:成功研制运行中国第一颗空间X射线天文卫星“慧眼”硬X射线调制望远镜(Insight-HXMT)卫星、天宫2号唯一的天文载荷Y暴偏振仪(POLAR),POLAR-2成功入选中国空间站首批科学实验;提出且即将发射引力波电磁对应体全天监测器(GECAM);提出并正在预研国际合作天文台级X射线卫星项目“增强型X射线时变与偏振探测卫星(eXTP)”、中国空间站规划中的大型科学载荷之一高能宇宙辐射探测设施(HERD);成功研制暗物质粒子探测卫星(DAMPE)主要载荷之一的硅阵列探测器(STK)、电磁监测试验卫星主要载荷之一的高能粒子探测器;提出并正在研制中法合作天文卫星空间变源监视器(SVOM)4个科学仪器之一的丫射线监视器(GRM)与爱因斯坦探针(EP)二个科学仪器之一的后随观测X射线望远镜(FXT);实质参与国际空间站大型国际合作项目阿尔法磁谱仪(AMS-02)。
在爱因斯坦的广义相对论中,引力被认为是时空弯曲的一种效应。
这种弯曲时因为质量的存在而导致。
通常而言,在一个给定的体积内,包含的质量越大,那么在这个体积边界处所导致的时空曲率越大。
当一个有质量的物体在时空当中运动的时候,曲率变化反应了这些物体的位置变化。
在某些特定环境之下,加速物体能够对这个曲率产生变化,并且能够以波的形式向外以光速传播。
这种传播现象被称之为引力波。
当一个引力波通过一个观测者的时候,因为应变(strain)效应,观测者就会发现时候时空被扭曲。
当引力波通过的时候,物体之间的距离就会发生有节奏的增加和减少,这个频率对于这了引力波的频率。
这种效应的强度与产生引力波源之间距离成反比。
绕转的双中子星系统被预测,在当它们合并的时候,是一个非常强的引力波源,由于它们彼此靠近绕转时所产生的巨大加速度。
由于通常距离这些源非常远,所以在地球上观测时的效应非常小,形变效应小于1.0E-21。
科学家们已经利用更为灵敏的探测器证实了引力波的存在。
目前最为灵敏的探测是aLIGO,它的探测精度可以达到1.0E-22。
更多的空间天文台(欧洲航天局的eLISA计划,中国的中国科学院太极计划,和中山大学的天琴计划)目前正在筹划当中。
引力波应该能够穿透那些电磁波不能穿透的地方。
所以猜测引力波能够提供给地球上的观测者有关遥远宇宙中有关黑洞和其它奇异天体的信息。
而这些天体不能够为传统的方式,比如光学望远镜和射电望远镜,所观测到,所以引力波天文学将给我们有关宇宙运转的新认识。
尤其,引力波更为有趣的是,它能够提供一种观测极早期宇宙的方式,而这在传统的天文学中是不可能做到的,因为在宇宙再合并之前,宇宙对于电磁辐射是不透明的。
所以,对于引力波的精确测量能够让科学家们更为全面的验证广义相对论。
(图1)图1:引力波谱;不同引力波源所对应的频率范围(注意频率是取了对数后的值),周期。
以及所对应的探测方式。
通过研究引力波,科学家们能够区分最初宇宙奇点所发生的事情。
2017年诺贝尔物理学奖2017年物理学奖,由三位美国的物理学家获得,他们是雷纳·韦斯(Rainer Weiss)(获得奖金的一半)、基普·索恩(Kip S.Thorne)和巴里·巴里什(Brrry C.Barish)(分享另一半奖金)。
获奖的成就是发现了引力波。
雷纳·韦斯(Rainer Weiss,1932—),出生于德国,随后和家人从纳粹的魔掌中逃出。
他在纽约曼哈顿上西区长大,是一个拥有工匠天赋和街头智慧的孩子,会自己制作并且售卖高保真音响系统。
念本科时,韦斯从麻省理工学院退学。
此后,他在那里获得终身职位。
韦斯为自己赢得了著名物理学家的声誉,并且致力于LIGO研究40余年。
这是人类曾经尝试过的最大胆的试验之一。
基普·斯蒂芬·索恩(Kip Stephen Thorne,1940—),出生在美国犹他州的洛根市。
父亲是农艺学专家,母亲是经济学家。
1962年获得加州理工学院学士学位,1965年获得普林斯顿大学的博士学位。
1967年索恩回到加州理工学院任教,三年后晋升为理论物理的教授,是加州理工历史上最为年轻的教授之一。
巴里·克拉克·巴里什(Brrry Clark Barish,1936—),出生在内布拉斯加州的奥马哈。
他在南加州长大,高中就读于洛杉矶。
1957年获得物理学学士,1962年获得加州大学伯克利分校的实验高能物理学博士学位。
1963年加入加州理工学院。
巴里什大力促成了美国自然科学基金会国家科学委员会批准资助的LIGO项目,并在项目的建造和交付使用上发挥1了重要作用。
他还创建了LIGO的科学联盟(LIGO Scientific Collaboration),全球的合作者已经超过1000个。
本年度的诺贝尔物理学奖有一个特殊的意义:百年的现代物理学,今天终于有了一个了断。
现代物理学建立的标志当然是一百年前建立了相对论和量子力学,而相对论理论的建立尽管也有多位物理学家的贡献,但是爱因斯坦的贡献不但傲立群雄,而且即使说是爱因斯坦以一己之力建立的,也不会有太大的问题,尤其是广义相对论的建立更是人类理性思维和科学发展的一个高峰。
轴⼦——粒⼦物理和宇宙学的新前沿中国科学院⾼能物理研究所;;2. 暨南⼤学1. 中国科学院⾼能物理研究所⼀引⾔粒⼦物理、宇宙学和天⽂学的深度结合催⽣了当下粒⼦宇宙学研究的⾼速发展。
继2017 年引⼒波之后,2019 的物理学诺贝尔奖再次光顾了宇宙学领域,并颁给了从事宇宙学理论研究的Peebles 教授。
⽬前,正当宇宙学研究在观测层⾯⼤步前进时,理论家和实验家们近年来将⽬光投向新的宇宙学热点,⼀个长期被理论预⾔的基本粒⼦“轴⼦(Axion)”。
⼆粒⼦物理学中的CP问题轴⼦起源于现代物理中对称性及对称性破缺问题的深⼊研究。
1956 年李政道、杨振宁与吴健雄等⼈提出并在实验上验证了宇称P在弱相互作⽤中不守恒。
后来⼈们发现弱相互作⽤中正反粒⼦共轭(C)与宇称(P)的联合变换CP 也不守恒。
C 变换指的是将⼀个粒⼦变成它的反粒⼦,P 变换即空间坐标反演。
在粒⼦物理的标准模型中,Kobayashi和Maskawa 提出的机制在理论上成功解释了弱相互作⽤中的CP 破坏,并为此荣获了2008 年的诺贝尔物理学奖。
然⽽,强相互作⽤中的CP 对称性是否守恒仍是现代物理学中⼀个⼤问题。
在粒⼦物理标准模型中,强CP破坏效应对应于量⼦⾊动⼒学(QCD)中的Chern-Simons 项, 其中G是QCD规范场的场强,是相应的对偶场强,θ为常数,表征强作⽤CP 破坏⼤⼩。
这⼀项在CP变换下不守恒,并可以贡献到中⼦的电偶极矩。
然⽽实验测量只给出中⼦电偶极矩的上限,这个上限很强,要求“参数”θ必须⼩于。
θ为什么这么⼩?这便是著名的“强CP问题”。
在粒⼦物理标准模型中,除强相互作⽤项之外,对应于SU(2)×U(1)规范对称性,还应有两个θ项。
但这两个θ项⼀般情况下没有效应。
⼀是U(1)规范场的真空是平庸的,所以θ项效应为零。
SU(2)规范场的θ本不为零,但标准模型的经典拉⽒量中存在着整体的重⼦和轻⼦对称性。
⼆者⼜在量⼦层次都是被破缺的,也具有反常性质,故SU(2)的θ项效应也表现不出来。
内蒙古省考行测历年真题及答案第一部分常识判断1.今年3月23日是第六十四个世界气象日,主题是"()"。
A.天气气候水,代代向未来B.早预警、早行动C.海洋、我们的气候和天气D.气候行动最前线【答案】:D2.中国社会科学院考古研究所等联合团队,借助文物CT无损扫描、3D模拟拼接等技术,日前成功复原了()早期龙形蚌饰,复原的龙形蚌饰距今约6300年前,丰富了我国早期龙的形象。
A.良渚文化B.仰韶文化C.红山文化D.龙山文化【答案】:C3.2024年澳大利亚网球公开赛女子单打决赛1月27日下午进行,中国选手()以3比6、2比6的比分不敌卫冕冠军白俄罗斯选手萨巴伦卡,夺得亚军。
这是21岁的()职业生涯首次闯入大满贯女单决赛。
A.孙甜甜B.李婷C.郑钦文D.李娜【答案】:C4.2024年5月8日,万吨级江海直达船()进入三峡大坝北线船闸,经过5级船闸提升113米后,进入长江上游。
A."奋斗5"轮B."创新7"轮C."飞扬7"轮1/ 15D."创新5"轮【答案】:D5.中国国家航天局2024年5月10日举办()任务巴基斯坦立方星数据交接仪式,并为其拍摄的首幅影像揭幕。
A.嫦娥六号B.嫦娥五号C.嫦娥七号D.嫦娥八号【答案】:A6.后人称韩愈为韩昌黎的原因是:()A.隐居昌黎B.郡望昌黎C.被贬昌黎D.籍贯昌黎【答案】:B7.在全社会应该大力倡导的公民基本道德规范是A.爱国守法,诚实守信,团结友善,勤俭自强,无私奉献B.爱国守法,诚实守信,团结互助,自立自强,敬业奉献C.爱岗敬业,诚实守信,办事公道,服务群众,敬业奉献D.爱国守法,明礼诚信,团结友善,勤俭自强,敬业奉献【答案】:D8.作为马克思主义理论基础的是:A.科学社会主义B.马克思主义哲学C.马克思主义政治经济学D.马克思主义唯物辩证法【答案】:B9.在战国中后时期,群雄采取“合众势以攻一强”的策略,下列不属于群雄的是()。
14天文学上的旷世之争A级必备知识基础练阅读下面的文字,完成1~3题。
宇宙大爆炸理论认为,宇宙是一百多亿年前的一个时空奇点大爆炸而产生的。
在这个时空奇点,目前所知的物理理论都不适用。
但这个理论产生了一些很难解决的问题,并非①。
为了解决这个问题,科学家②,提出了一个新的宇宙模型——火劫模型。
在这个模型中,宇宙创生是周期性的。
从一开始对大爆炸时空奇点③到提出周而复始的火劫模型,科学家取得了不小的理论进展。
但这个模型面临着很多问题。
为了回答这些问题,科学家又提出了反弹学说。
这个理论可以解决宇宙大爆炸理论所面临的初始条件的疑难。
不仅反弹学说很好地解决了宇宙大爆炸学说所取得的成果,而且避免了会让所有物理理论失效的时空奇点问题不再发生。
科学家发现,真正要揭开宇宙形成之谜,就要找到宇宙开端大爆炸产生的原始引力波,遗憾的是,原始引力波至今没有被观测到。
为了填补这个空白,中国科学家④。
中国科学院提出了“阿里计划”,即阿里原始引力波探测实验。
人类一直在探索宇宙起源的奥秘,提出了很多假说。
()。
作为其中的一员,我国的物理学家将贡献自己的力量。
而我们也相信,宇宙起源之谜终将被解开。
1.请在文中横线处填上恰当的成语。
2.文中画横线的句子有语病,请进行修改。
3.下列在文中括号内补写的语句,最恰当的一项是()A.这个过程充满艰辛和曲折,世界科学家一直在努力,但理论预言需要经历漫长的科学实证B.理论预言需要经历漫长的科学实证,这个过程充满艰辛和曲折,但世界科学家一直在努力C.世界科学家一直在努力,理论预言需要经历漫长的科学实证,但这个过程充满艰辛和曲折D.理论预言需要经历漫长的科学实证,世界科学家一直在努力,但这个过程充满艰辛和曲折阅读下面的文字,完成第4题。
盖天说是中国一种古老的天文学理论,传说出自周人之手的《周髀算经》说:“天似盖笠,地法覆槃。
”古人于伞盖之下,仰观其形有若天穹,于是绘制星辰图像于其上,就成为一幅盖天图。
与盖相类者有笠,笠无柄,顶戴于头遮日防雨。
2024年北京公务员考试行测试题(B类)第一部分常识判断1.《药品经营和使用质量监督管理办法》()起施行,明确将建立并实施药品追溯制度。
A.2024年3月1日B.2024年1月1日C.2024年2月1日D.2024年1月10日【答案】:B2.2024年5月18日,中国科学院第二十届公众科学日活动正式启动,本届活动主题为"()"。
A.砥砺二十载科学新征程B.爱科学,向未来C.科技强国、科普惠民D.遇见科学、预见未来【答案】:A3.国家卫健委联合中央网信办等其他9部门制定(),加强行政执法与刑事司法衔接,建立健全监督执法结果协同运用机制。
形成行政-行政、行政-刑事、上下级部门之间的充分联动。
A.《关于加强医疗事故跨部门执法联动工作的意见》B.《关于加强医疗监督跨部门执法协作工作的意见》C.《关于加强医疗监督跨部门执法联动工作的通知》D.《关于加强医疗监督跨部门执法联动工作的意见》【答案】:D4.2024年4月23日是人民海军成立()周年纪念日。
4月21日至24日,中国海军将在山东青岛承办西太平洋海军论坛第19届年会,此次论坛年会将举行“命运与共的海洋”高层研讨会,设“全球安全倡议与海洋和平安宁”“海上安全合作与国际法为基础的海洋秩序”“共商共建共享与全球海洋治理”3个分议题。
1/ 15A.80B.85C.75D.90【答案】:C5.国家发展改革委等部门发布(),引导高校通过新建、改扩建、修缮、装配化改造提升等多种方式,补齐高校学生宿舍短板。
A.《关于加强中小学宿舍建设的指导意见》B.《关于加强高校学生宿舍建设的通知》C.《关于加强高校学生生活住所改进的指导意见》D.《关于加强高校学生宿舍建设的指导意见》【答案】:D6.下列有关文学常识的表达,有误的一项是()。
A.“枫叶四弦秋,怅触天涯迁谪恨,浔阳千尺水,勾留江山别离情。
”这副对联所写的内容与白居易的《琵琶行》有关B.海明威是美国现代著名作家,曾获诺贝尔文学奖,他的代表作有《老人与海》《太阳照常升起》《永别了,武器》等C.巴尔扎克是19世纪法国浪漫主义文学家,他所创作的90多部小说,总名为《人间喜剧》,堪称法国社会的“百科全书”D.“胜败兵家事不期,包羞忍耻是男儿。
辽宁公务员行测真题2023第一部分常识判断1.2022年6月5日10时44分,搭载神舟十四号载人飞船的长征二号F遥十四运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,约577秒后,神舟十四号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,飞行乘组状态良好,发射取得圆满成功。
6月5日17时42分,成功对接于天和核心舱径向端口,整个对接过程历时约7小时。
在神舟十四号载人飞船与空间站组合体成功实现自主快速交会对接后,航天员乘组从返回舱进入轨道舱。
按程序完成各项准备后,航天员()成功开启天和核心舱舱门,6月5日20时50分,三名航天员依次全部进入天和核心舱。
后续,航天员乘组将按计划开展相关工作。
A.蔡旭哲B.陈冬C.翟志刚D.刘洋【答案】:B2.2022年1月9日,我国最大海上油田()2021年原油产量达3013.2万吨,成为我国第一大原油生产基地,原油增量约占全国增量的近50%。
A.东海油田B.南海油田C.渤海油田D.春晓油田【答案】:C3.下列属于法律关系的是:A.某县人民法院党组书记杨某与该院其他党员之间的关系B.被告人聘请某律师进行辩护C.刘某赌博输给王某6000元钱,立下字据表示在三天内付清D.已订婚的某对恋人之间的关系【答案】:B4.2013年“双十一”,24小时内消费者在天猫和淘宝上消费了350多亿元。
网购井喷的时代1/ 20正在扑面而来。
对于网购的认识,下列说法正确的是()。
A.网购只需要观念上的货币,而不需要现实的货币B.网购促使人们的消费方式不断改变C.网购意味着电子货币将代替纸币,使货币职能发生改变D.网购可以减少现金流量,防止通货膨胀【答案】:B5.下列选项中,能够表现出商品是使用价值与价值的统一的是()。
A.对于生产者而言,商品的使用价值和价值必须同时兼得B.商品能够满足人们的所有需要C.商品的任何价值都体现在人类的无差别劳动中D.使用价值是价值的物质承担者,没有使用价值的东西不可能有价值【答案】:D6.“哲学把无产阶级当作自己的物质武器,同样,无产阶级把哲学当作自己的精神武器”,这个论断的含义是()A.无产阶级掌握哲学就由自为阶级转化为自在阶级B.马克思主义是无产阶级的世界观和方法论C.无产阶级的存在方式是精神D.哲学的存在方式是物质【答案】:B7.认识发展过程的第二次飞跃是:A.从判断到推理B.从直觉到表象C.从理性认识到实践D.感性认识到理性认识【答案】:C8.下列不属于行政司法的是()。
五处观测宇宙绝佳选址作者:安利来源:《百科知识》2018年第01期1.高原世界最著名的天文台都是设在高原,如智利北部安第斯山脉的山间高原、海拔4200米的夏威夷莫纳克亚山山顶。
气象条件和大气状况是影响天文观测的主要因素。
海拔越高的地方,空气越稀薄,烟雾、尘埃、水蒸气等造成的扰动也越小。
尤其是位于安第斯山脉间的阿塔卡马沙漠,是世界上最干燥的地方,万里无云、气流稳定,世界上三分之一的天文观测设备便分布在这里的一座座山峰上。
如66台高精度射电天文望远镜组成的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波天线阵(ALMA)。
我国拥有世界屋脊——青藏高原,科学家致力于将这一区域打造成世界级的天文“高地”。
海拔5100米的阿里天文台已初具规模,它是北半球海拔最高的天文台。
探测原初引力波的“阿里实验计划”也已启动。
2.洼地中国的500米口径球面射电望远镜(FAST)选址在贵州大窝凼——一处天然的洼地,其形状、深度和尺寸恰到好处地安放了这个“巨锅”。
就好比跨越两山之间的桥梁,从谷底建桥墩肯定要比从半山腰上建要难,FAST建在洼地要比建在平地上稳定性更强,也更节省成本,否则用来悬吊FAST的核心部件——馈源舱的6座高塔就要比现在高得多,几乎难以实现。
350米口径的美国阿雷西博射电望远镜也是架在一个坑——波多黎各岛上的天然火山口中。
搜寻和发现宇宙中的射电脉冲星是FAST的核心科学目标,尚处在调试期的FAST就已初显身手:探測到数十个优质脉冲星候选体,其中6颗通过国际认证。
而利用阿雷西博取得脉冲双星的科学发现已经获得诺贝尔物理学奖。
3.地下地下实验室,尤其是极深地下实验室,是探测宇宙中的暗物质、中微子以及开展其他高精尖实验的重要场所。
世界上最难挡住的就是宇宙射线,要打造一个辐射最少、干扰最小的实验环境,用厚厚的岩石屏蔽宇宙射线是一个好办法。
中国锦屏地下实验室是目前世界上最深的地下实验室,垂直岩石覆盖达2400米。
在美国南达科他州一处矿井下进行的世界上灵敏度最高的暗物质探测实验——大型地下氙(LUX)实验,为了进一步隔绝宇宙射线,探测器还被悬浮于一个大型超洁净水池之中。
科学家宣布原初引力波发现有误曾是大爆炸理论确凿证据图中的纹理表示了星系磁场的方向,基于星尘发出的偏振光方向测出原初引力波是爱因斯坦于1916年发表的广义相对论中提出的,它是宇宙诞生之初产生的一种时空波动,随着宇宙的演化而被削弱。
科学家说,原初引力波如同创世纪大爆炸的“余响”,将可以帮助人们追溯到宇宙创生之初的一段极其短暂的急剧膨胀时期,即所谓“暴涨”。
然而,广义相对论提出近百年来,源于它的其他重要预言如光线的弯曲、水星的近日点进动以及引力红移效应等都被一一被证实,而引力波却始终未被直接探测到,问题就在于其信号极其微弱,技术上很难测量,因此也有人将之戏称为“世纪悬案”、“宇宙中最大的徒劳无益之事”。
2014年3月18日,美国物理学家曾宣布首次观测到宇宙原初引力波存在的证据。
美国哈佛-史密森天体物理学中心等机构物理学家利用架设在南极的BICEP2望远镜,观测宇宙大爆炸的“余烬”——微波背景辐射。
微波背景辐射是由弥漫在宇宙空间中的微波背景光子形成的,计算表明,原初引力波作用到微波背景光子,会产生一种叫做B模式的特殊偏振模式,其他形式的扰动,都产生不了这种B模式偏振,因此B模式偏振成为原初引力波的“独特印记”。
观测到B模式偏振即意味着引力波的存在。
南极是地球上观测微波背景辐射的最佳地点之一。
研究人员在这里发现了比“预想中强烈得多”的B模式偏振信号,但在经过近一年的数据核实后发现,这次的“发现”是个失误,发现的B模式偏振并不是由原初引力波引起的,而是银河系星际尘埃的干扰。
2014年3月17日,科学家们曾宣布他们发现了原初引力波的证据经过普朗克太空任务和地面试验BICEP2数据联合分析,并没有发现宇宙诞生引力波的确凿证据,尽管早些时候报道称疑似检测到了。
在加州帕萨迪纳NASA喷气推进实验室普朗克美国项目工作的科学家查尔斯·劳伦斯表示:“通过分析两组数据,我们能更好的看到事情的真相。
经过联合分析,我们发现BICEP2/Keck检测到的信号其实是来自银河中的尘埃,不过我们也不排除这里面可能存在低水平下原初引力波信号。
探测原初引力波,中国来了中国科学院高能物理所近日宣布阿里原初引力波探测正式启动。
原初引力波是宇宙开端的大爆炸产生的引力波,在宇宙诞生的最初的瞬间,宇宙中布满稠密的物质,以致由粒子间的碰撞而产生的引力波被另一些粒子汲取了。
在宇宙快速扩张的暴胀阶段,宇宙的密度突然下降,释放出的引力波不再被汲取。
所以,发觉原初引力波被认为是对早期宇宙理论的检验。
阿里项目首席科学家、中科院高能物理所讨论员张新民在接受科技日报采访时表示,阿里即将建设的观测站将是世界上第一个地处北半球的原初引力波观测站,也是我国第一次启动引力波探测试验。
他说:“项目组方案用5年的时间,在西藏阿里建成‘阿里一号’望远镜并开头科学观测。
”十年选址,观测站落户雪域高原西藏阿里地区位于青藏高原北部,有“世界屋脊的屋脊”之称。
由于海拔高、空气淡薄,是世界上人口密度特别低的区域之一。
但是对原初引力波观测来说,它独特的地理环境是极为合适的。
原初引力波的探测是以测量宇宙微波背景辐射(CMB)光子B模式偏振信号为主要手段,而CMB的地面探测对地面大气环境要求苛刻,大气中的水汽含量是一个重要的关注点。
一方面空气中的水分子会汲取CMB光子,另一方面水汽也会在微波波段产生辐射,对信号形成干扰。
“大气越淡薄、水汽含量越少,干扰就越小,才越有盼望看清原初引力波留下的痕迹”,阿里项目的高级顾问、美国斯坦福高校讨论员郭兆林说。
所以,探测原初引力波,查找合适的观测点至关重要。
依据专家们的分析,全球只有4个地方适合进行CMB探测:位于南半球的智利阿塔卡玛沙漠、南极,以及位于北半球的格陵兰岛和我国西藏阿里。
作为南极BICEP项目的负责人之一,郭兆林对原初引力波的探测阅历丰富。
他表示,“阿里观测站地处海拔5000米以上的青藏高原地区,具有得天独厚的地理环境优势、观测气象条件与配套基础设施。
”选中阿里,天文学家在西部野外探勘了近十年,并于2023年启动国家天文台阿里观测站的建设。
在雪域高原聆听宇宙的第一声呐喊大爆炸发生后的极短一瞬间,时空产生了剧烈扰动。
就好比宇宙在诞生时喊了一嗓子,其声音虽然越来越弱,但一直未曾消散。
我国在海拔5250米的西藏阿里启动了“阿里计划”——全球海拔最高的原初引力波观测站建设。
就是为了在宇宙微波背景辐射找到引力波的独特印记——光的B 模式偏振。
“三年建成、五年出成果”,这是阿里团队给出的承诺。
即在2022年左右,给出一个北天区宇宙微波背景辐射(CMB)极化最好的天图。
原初引力波的线索,就藏在这张天图里。
每一位父母,都难忘听到孩子第一声啼哭时的感动。
如何可以听到宇宙的第一声啼哭呢?美国激光干涉引力波天文台(LIGO)在2016年2月11日宣布成功探测到由双黑洞并合产生的引力波,并毫无悬念地捧走诺贝尔奖之后,宇宙暴胀时期诞生的原初引力波成为了下一个追逐的焦点。
如果说引力波的发现,完成了爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图,那么原初引力波作为“宇宙的初啼”,则能帮我们检验各种宇宙起源和演化模型,从而改变人类对宇宙的认知,开启天体物理学的一个全新时代。
“引力波,我们错过一次就够了!”导师说。
为了138亿年前的那声宇宙低语,以导师为代表的科学家们忙碌在西藏阿里海拔5250米的高原上,站在世界屋脊聆听宇宙的初啼。
“这会成为中国科学的典范,一个非常漂亮的典范。
中国利用西藏这样一个独特的地理条件,建造一台国际共享的设备。
全世界都应该知道中国在做这样的事。
”学生:我们的宇宙已经138亿岁了。
138亿年前发出的一个声音,今天我们想去探听到它,听着就是一件非常具有挑战性的事情。
可以用最科普的语言给我们介绍一下原初引力波吗?导师:形象地说,原初引力波就是宇宙在诞生的时候突然喊了一声,这个声音一直消之不去,就像人们在大山里发出声音,回声一直在山谷中间回荡一样。
宇宙的第一声啼哭也会形成一个背景的声音,一直在宇宙中存在。
随着宇宙的演化不断红移,宇宙初啼的信号到了今天,已经变得非常微弱,因此我们要用一种全新的探测手段,到宇宙中寻找一种古老的化石。
2022年重庆市璧山区事业单位招聘考试试题第一部分常识判断1.2022年2月6日,2022年女足亚洲杯决赛在印度结束争夺。
中国女足在落后两球的情况下,在下半场连扳三球,以3比2击败韩国队,时隔16年重返亚洲之巅。
这是中国女足()A.第八次拿到亚洲杯冠军B.第五次拿到亚洲杯冠军C.第九次拿到亚洲杯冠军D.第六次拿到亚洲杯冠军正确答案:C2.2021年12月14日,由中国工程院院刊《Engineering》评选的“2021全球十大工程成就”在京发布。
“2021全球十大工程成就”是近五年在全球范围内完成、实践验证有效的、具有全球影响力的工程科学和技术的重大成果,能够反映某一个或多个领域当前工程科技最高水平。
“2021全球十大工程成就”不包括()A.长江三峡水利枢纽工程B.洞察号火星登陆探测器C.特高压输电工程D.神舟十三号载人飞船正确答案:D3.2022年4月29日9时17分,世界最大单机容量潮流能发电机组()经过两个多月的“试用期”后正式并入国家电网,并将通过舟山五端柔直工程实现潮流能全额消纳。
A.解放号B.春风号C.长城号D.奋进号正确答案:D4.关于冲突规范和准据法,下列哪一判断是错误的?A.当事人的本国法指的是当事人国籍所属国的法律B.冲突规范与实体规范相似C.当事人的属人法包括当事人的本国法和住所地法D.准据法是经冲突规范指引、能够具体确定国际民事法律关系当事人权利1/ 16正确答案:B5.图中A表示地壳中含量最多的三种元素氧、硅、铝,B表示人体内含茸最多的三种元素。
关于阴影部分代表的元素,下列说法错误的是()A.是大气中的一种重要元素B.是碱类物质必不可少的元素C.在冶金工业中有广泛用途D.其单质可以燃烧正确答案:D6.东西方先哲的思想,有的倾向哲理思辨,有的倾向实际功利。
其中贯穿着讲求实际功利精神的是:①墨家学派的诉求②程朱理学的主旨③智者学派的主张④百科全书派的共同追求A.①④B.②③C.①②D.①③正确答案:D7.喀喇沁左翼蒙古自治县历史悠久,自古以来就有()美誉,有丰厚的文化资源和遗产。
原初引力波与阿里探测计划张新民苏萌李虹李明哲蔡一夫2016年3月公布的我国“十三五”规划纲要中列入了“强化宇宙演化、物质结构、生命起源、脑与认知等基础前沿科学研究”,从国家科技发展的战略高度肯定了宇宙演化等基础前沿科学的重要性。
不久前的2016年2月11日,LIGO实验组和美国自然科学基金委员会联合宣布探测到来自于十三亿年前由两个黑洞并合产生的引力波,这是人类第一次直接探测到引力波,可谓一项里程碑式的发现。
▍一、引力波源及其探测方式引力波源大体可分为两种,天体物理起源和宇宙学起源。
对应不同的波源,相应的探测方式也不一样,如图1所示。
图1,引力波的源及相应的探测方式(图片来自NASA Goddard Space Flight Center)▍(一)天体物理起源的引力波及其探测天体物理起源包括以下三类:(1)中子星、恒星级黑洞等致密天体(几十个太阳质量左右)组成的致密双星系统的合并过程。
这类引力波的频率处于10赫兹- 1000赫兹量级的高频段,相应的探测手段是地面激光干涉仪。
与迈克耳孙干涉仪一样,在引力波激光干涉仪中激光被分裂成两束后在两个垂直的臂中传播并发生干涉。
当引力波经过时,局部的时空发生变形,两个臂的相对长度会发生改变,相应地激光干涉条纹就会移动。
此类实验最具代表性的就是LIGO,利用长达4千米的两个互相垂直的探测臂首次探测到了引力波信号。
(2)大质量黑洞并合过程的后期、银河系内的白矮双星系统。
频率为10−5赫兹 -1赫兹,这类引力波信号可通过空间卫星阵列构成的干涉仪来探测,如欧洲的eLISA计划。
(3)超大质量黑洞(数百万到数亿太阳质量)并合。
频率为10−9赫兹 -10−6赫兹,探测手段是脉冲星计时,即利用地面上的大型射电望远镜,监视校准后的若干毫秒脉冲星。
如果其附近有大质量黑洞并合时发出的引力波,这些毫秒脉冲星的脉冲频率会有变化。
国际上20世纪70年代就开始这方面的研究,90年代已获得诺贝尔奖,我国在这方面有计划运行的FAST实验。
综上所述,天体物理过程产生的是高频引力波,相应的探测装置覆盖的频率范围在10−9赫兹以上。
▍(二)宇宙学起源的原初引力波及其探测除了天体物理起源以外,在宇宙的早期剧烈的量子涨落会产生充满整个宇宙空间的引力波,称之为原初引力波。
自1940年代以来,经典热大爆炸宇宙学取得了巨大的成功,其预言的宇宙轻元素丰度、宇宙微波背景辐射等均被实验证实,其中关于微波背景辐射的研究成果还两度获得诺贝尔物理学奖。
但是大爆炸宇宙学本身并不完善,存在平直性疑难、视界疑难以及大尺度结构起源等困惑。
为了解决这些困惑人们提出了暴胀、反弹宇宙、循环宇宙等多种关于早期宇宙的理论或模型。
这些理论模型的共同点是在辐射为主时期以前宇宙经历了一段极度非平凡的时期。
以暴胀为例,在暴胀期间宇宙急剧膨胀,支持暴胀的物质场的真空量子涨落得到增强并迅速扩张到视界外形成大尺度上的原初密度扰动。
暴胀结束后宇宙进入减速膨胀的辐射为主时期,并按照经典大爆炸宇宙学理论那样演化至今。
存在于视界外的原初密度扰动又重新进入视界,在物质的引力不稳定性作用下,生成今天的大尺度结构和微波背景辐射的各向异性。
但是暴胀宇宙学的一个重要预言是除了标量型的原初密度扰动以外,宇宙时空本身的真空量子涨落也会迅速扩张到视界外形成张量型的原初扰动,即原初引力波。
暴胀结束后,一部分原初引力波又逐渐进入视界。
因为暴胀发生在整个可观测宇宙中,原初引力波在宇宙中处处存在,形成引力波背景并遗留至今。
原初引力波与暴胀期间的物质成分没有直接关系,是纯时空涨落,而且是一种量子效应。
因此,探测原初引力波一方面有利于研究暴胀这样一个极高能标的早期宇宙动力学过程,另一方面它是引力(即时空)的量子产物,有助于推进人们对量子引力这些基本物理问题的理解。
原则上原初引力波在各个频段都有分布,但是随着宇宙的膨胀,不同频段的原初引力波的演化行为并不一样。
它决定于如下的引力波方程:方程左边的ℎij表示引力波,a是衡量宇宙大小的标度因子,τ是共形时间,G是牛顿引力常数,撇号表示对时间的导数,后面将要提到的宇宙膨胀率(即Hubble参数)为H=a′/a2。
右边的引力波的源Πij(τ, x)是物质部分的各向异性应力张量。
因为波动方程是线性的,引力波在不同尺度上的演化是独立的,适合对它做傅里叶分析。
经过傅里叶变换以后,波动方程变为:这里k是波数,与频率的对应关系是f=k/(2πa)。
这里可以看出对于固定的波数,频率以1/a的方式逐渐红移,到今天(标度因子归一)相应的观测频率为f=k/(2π)。
在暴胀期间,宇宙中不存在各向异性的应力张量,因此上述波动方程的右边为0,引力波完全由真空涨落生成。
由上述方程我们可以发现,居于视界外(k≪aH)的引力波保持不变,而进入视界内(k>aH)的引力波类似于阻尼振子,阻尼来自于宇宙膨胀本身,ℎk具有振荡行为,但是振荡的幅度在衰减。
刻画原初引力波的重要物理量主要有两个,第一个是功率谱:它衡量的是引力波在不同尺度上的幅度。
如前面所述,暴胀模型还预言了密度扰动的功率谱,目前已经有很精确的测量,因此人们经常用引力波的功率谱与密度扰动功率谱的比值,即张标比r,来表示引力波的幅度大小。
另一个描述引力波的重要物理量是能量谱:,其中是宇宙临界能量密度,ρgw表示引力波的能量密度。
能量谱与功率谱之间的关系为。
暴胀结束后引力波的功率谱的演化可以用下式来描述:其中Δℎ2(k,τi)是暴胀刚结束时的原初功率谱,Tℎ(k,τ)是转移函数。
一般的慢滚暴胀模型预言了近标度不变的原初功率谱,也就是说Δℎ2(k,τi)与尺度或波数k几乎没有依赖关系。
暴胀结束后不同尺度的引力波演化行为包含在转移函数中。
它主要依赖于三种物理因素:(1)进入视界后由于宇宙膨胀带来的引力波幅度衰减,也就是前面所说的类似阻尼振荡行为;(2)重新进入视界时宇宙的状态方程w;(3)由中微子等相对论粒子的自由流(free streaming)产生的各向异性应力张量,这进一步压低视界内小尺度上的引力波幅度。
这些因素叠加在一起我们会发现进入视界的原初引力波的功率谱以及能量谱会被极大地压低。
不同波长的引力波重新进入视界的时间不同,波长越短(频率越高)的引力波进入视界越早,压低效果就越明显。
最后得到的能量谱如图2所示(r=0.1)图2,原初引力波的能量谱根据一般的慢滚暴胀模型的预言,遗留到今天的原初引力波在10−15赫兹以上的频段中都会被压低得很厉害,能量谱Ωgw基本上都在10−17以下。
在频率小于10−15赫兹的长波段,能量谱才会显著地大起来。
前面所述的引力波探测方式包括地面干涉仪、空间干涉仪和脉冲星计时只能探测频率在10−9赫兹以上的引力波。
在实验精度方面,目前或不久的将来升级的LIGO、Virgo等地面干涉仪只能探测到最小能量谱为10−9的引力波。
将来的eLISA空间干涉仪能探测到最小能量谱为10−10的引力波。
采用脉冲星计时方法的FAST实验的探测精度能到达Ωgw~10−11,SKA计划的精度能再提高两个量级。
但是这些工作在高频段的实验的探测能力比起一般慢滚暴胀模型预言的引力波能量谱还差好几个量级,因此目前或不久的将来这几类实验是探测不到原初引力波的。
当然有些非常规的暴胀模型预言的原初引力波功率谱为标度依赖的蓝谱,它的能谱在高频段比较大,只有在这种情况下将来的高频引力波实验才有希望探测到原初引力波。
因此,就目前来说探测原初引力波最好的方式是宇宙微波背景辐射(CMB)的偏振(或极化)实验。
与高频引力波实验不一样,CMB 的偏振实验探测的引力波频率范围处于10−15赫兹 -10−17赫兹,从图2可以看出,在这个频率范围内原初引力波的能量谱与高频段相比要高出好几个量级。
衡量CMB的探测能力最好用功率谱或者张标比r,下面我们就简单地介绍一下CMB实验探测原初引力波的方法。
CMB是大爆炸遗留的辐射,在大爆炸宇宙早期,物质处于等离子体状态,称为重子-光子流体,其中光子与带电粒子发生频繁的碰撞。
由于宇宙膨胀,温度在逐渐降低。
当温度降到0.1电子伏特时,原子核与电子复合成中性原子,这个时期被称为复合期。
之后宇宙变得透明,遗留的光子在宇宙中自由传播(除了第一代恒星形成后发生的重电离过程以外),这就是CMB。
复合期非常短暂,从垂直于视线方向来看可以看成一个很薄的球面,称为最后散射面,意味着光子在复合期结束时与电子发生最后的散射后开始自由传播。
CMB充满了整个宇宙,并携带了大量的关于宇宙早期的信息。
从各个方向发射而来的CMB具有差不多的温度以及具有10−5量级的涨落。
除了温度以外,光子还有偏振。
在复合期以前,由于光子被不停地散射,表现为没有偏振的自然光。
复合期结束时,自然光经历最后一次散射就形成了偏振光,并遗留下来。
从观测的角度来看,CMB的偏振图像可分解为两种独立的模式,一种是E模式,一种是B模式。
某一点附近的不同偏振模式的图像如图4所示,中心周围的线段表示偏振取向。
明显可以看出B模式偏振是“有旋”的,因而它在空间反射作用下具有与E模式不同的性质。
在图4中沿着通过中心并垂直于纸面的轴作空间反射,我们将会发现E模式图像保持不变,而B模式的B>0和B<0的两个图像会互换。
换句话说,E模式具有偶宇称,B模式具有奇宇称。
图3,E模式和B模式的偏振图像与温度涨落的产生过程一样,与电子发生的汤姆森(或康普顿)散射是产生CMB偏振的重要因素。
但是仅有散射还不够,要产生偏振,散射时入射到电子上的辐射场必须是非均匀的,以电子为中心,入射辐射场的各向异性必须有非零的四极矩,如图5所示图4,有四极矩的自然光散射后成为偏振光(图片来源于Wayne Hu主页)复合期时的光子-重子流体中存在的密度(标量)扰动和张量扰动(引力波)都可以生成电子周围辐射场的四极矩(矢量扰动由于在膨胀的宇宙中迅速衰减,可以忽略不计)。
重要的是只有引力波的存在才会有CMB的B模式偏振的产生,而标量扰动却没有这种功能。
因而CMB的大尺度B模式偏振就成为原初引力波的独特信号。
引力波本身有两种独立的偏振模式,引力波经过的地方会产生时空变形,如图5所示,每种偏振模式都使得物体在一个方向被拉长,而在与之垂直的方向上相对被压缩。
在最后散射面上,引力波造成的时空变形使得电子周围的辐射场在压缩方向出现蓝移,能量增加;拉伸方向出现红移,能量减小。
因而电子会发现从压缩方向入射而来的光子要热一些,从拉伸方向入射的光子要冷一些。
这种温度涨落的四极矩正是生成CMB 的偏振所必需的。
在波数k⃗与极轴平行的球坐标系中,引力波导致的温度涨落四极矩(m=2)不具有方位角对称性(azimuthal symmetry),即绕极轴的旋转对称性。
这一点与标量扰动生成的四极矩不一样。