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探测引力波的中国力量:清华助排干扰信号

发稿时间:2016-02-14 11:16:48 来源: 长江日报 中国青年网

  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。

  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。

  “这次发现的确美妙和激动人心,但日常工作中的海量数据分析并不总是令人愉快,”曹军威说。这一研究团队着重应用先进计算技术提高引力波数据分析的速度和效率,参与了LSC引力波暴和数据分析软件等相关研究。

  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。

  这样,引力波信号探测的物理问题被转化成了一个数据分析处理问题。“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,”曹军威说。

  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。

  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。

  据新华社

责任编辑:王迎力
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