Кіріспе

Макс Планктың гравитациялық физика институты (Альберт Эйнштейн институты) – Эйнштейннің салыстырмалылық теориясын және одан әрі зерттеуге бағытталған Макс Планк институты: математика, кванттық гравитация, астрофизикалық салыстырмалылық және гравитациялық толқын астрономиясы. Институт 1995 жылы құрылған және Гольм қаласындағы Потсдам ғылым паркінде және Ганноверде орналасқан, онда Лейбниц университетімен тығыз ынтымақтастық орнатылған. Институттың Потсдам және Ганновер бөлімдері үш зерттеу бөліміне бөлініп, бірқатар тәуелсіз зерттеу топтарын қамтиды. Институт математика, деректерді талдау, астрофизика және теориялық физика, сондай-ақ лазерлік физика, вакуумдық технология, дірілді оқшаулау және классикалық және кванттық оптика салаларындағы іргелі зерттеулер жүргізеді. LIGO ғылыми бірлестігі гравитациялық толқындардың алғашқы тіркелгенін хабарлағанда, институттың зерттеушілері сигналдарды модельдеу, анықтау, талдау және сипаттау процесіне қатысты. Институт бірқатар ынтымақтастықтар мен жобаларға қатысады: ол GEO600 гравитациялық толқын детекторының маңызды серіктесі; институт ғалымдары гравитациялық толқындарды анықтау және сипаттау үшін гравитациялық толқын детекторларында қолданылатын толқын формаларын әзірлейді. Олар детектор технологиясын жетілдіріп, LIGO ғылыми бірлестігінің, Virgo бірлестігінің және KAGRA бірлестігінің детекторларынан алынған деректерді талдайды. Сондай-ақ, олар ғарышқа орналастырылатын LISA детекторын жоспарлау және дайындауда жетекші рөл атқарады (жоспарланған ұшыру күні: 2034) және жердегі үшінші буын гравитациялық толқын детекторларын (Айнштейн телескопы, Космикалық зерттеуші) әзірлеуге қатысады. Институт Einstein@Home және PyCBC жобаларында да маңызды рөл атқарады. 1998 жылдан 2015 жылға дейін институт ашық қолжетімділікке ие "Салыстырмалылықтағы шолулар" журналын шығарды.

Тарих

Жаңадан құрылған институт 1995 жылдың сәуір айында жұмысын бастады және 1999 жылдан бері Потсдам Голм қаласында орналасқан. 2002 жылы институт Ганновер университетінде деректерді талдауға және Жердегі және ғарыштағы гравитациялық толқындарды анықтау құралдарын әзірлеу мен іске қосуға бағытталған филиал ашты. Ганновер институты 1979 жылы физика факультеті құрған Ганновер университетінің Атомдық және молекулалық физика институтынан (АМФ) туындады.

Департаменттер

АЭИ Потсдамдағы Алессандра Буонаноның астрофизикалық және космологиялық салыстырмалылық бөлімі жалпы салыстырмалылық теориясындағы екі дене мәселесін аналитикалық және сандық түрде шешеді, сондай-ақ қара тесіктер мен нейтронды жұлдыздардан құралған екілік жүйелерден шығатын гравитациялық толқын сигналдарын болжайды. Бөлім мүшелері осы толқын үлгілерін астрофизикалық және космологиялық ақпаратты алу үшін пайдаланады және гравитациялық толқын детекторларынан алынған деректерді қолдана отырып, жалпы салыстырмалылық теориясын тексеріп қарастырады. Масару Шибатаның АЭИ Потсдамдағы есептеу релятивистік астрофизика бөлімі қара тесіктер мен нейтронды жұлдыздардың қосылуын және жұлдыздық ядролардың құлауын зерттейді. Бөлім сонымен қатар сандық құралдарды пайдалана отырып, жалпы салыстырмалылықтың негізгі аспектілері бойынша жұмыс істейді. АЭИ Потсдамдағы Кванттық гравитация және біріктірілген теориялар бөлімі (2020 жылдың тамызынан бері әрекеттегі директор: Алессандра Буонано) конформдық өріс теориясы, іс тізбегі теориясы және супергравитация мен симметрияларға негізделген гравитацияның кванттық теориясын жасаумен айналысады. АЭИ Ганновердегі Карстен Данцманнның лазерлік интерферометрия және гравитациялық толқын астрономиясы бөлімінің зерттеу бағыты Жерде және ғарышта гравитациялық толқын детекторларын жасау және пайдалану болып табылады. Бұл кванттық оптика және лазерлік физиканың зертханалық тәжірибелерін қамтиды. Брюс Алленнің АЭИ Ганновердегі Байқау салыстырмалылығы және космология бөлімі жалпы салыстырмалылықтың байқалатын салдарларын зерттейді, оның ішінде жердегі детекторлардан алынған деректердегі гравитациялық толқын сигналдарын іздеу және талдау, сондай-ақ Einstein@Home жобасын жүзеге асыру. Бөлім сонымен қатар гамма-сәулелік және радиопульсарларды іздеумен, қара тесіктердің теориялық аспектілерімен де айналысады. Гвидо Мюллер басқаратын АЭИ Ганновердегі Прецизиондық интерферометрия және негізгі өзара әрекеттесулер бөлімі LISA және басқа да ғарышқа және жерге негізделген гравитациялық толқын астрономиясына, сондай-ақ лазерлік оптикалық әдістерді қолдана отырып, стандартты модельден тыс негізгі өзара әрекеттесулерді іздеуге бағытталған қызметін жүргізеді.

Тәуелсіз зерттеу топтары

Бинарлық бірігуді бақылау және сандық салыстырмалылық (жетекшісі – Франк Ом) AEI Ханноверде. Тәуелсіз зерттеу тобы гравитациялық толқындардың деректерін талдаумен және қара тесіктер мен нейтронды жұлдыздардың бірігуінен туындайтын сигналдардың толқын пішіндерін болжаумен айналысады. Зерттеулер осы процестердің сандық модельдеуіне негізделген. Ерекше кванттық гравитация (Зейнеткерлік тобы, жетекшісі Герман Николай) AEI Потсдамда. Бұл зерттеу тобы ERC Advanced Grant бағдарламасымен қаржыландырылады. Оның зерттеулері кванттық гравитацияның тұжырымды теориясын құруға симметриялық тәсілге қатысты. АЭИ Потсдамдағы Соңғы теория бағдарламасының тарихи эпистемологиясы (Александр Блум басқарады). Бұл зерттеу тобы кванттық гравитация теориясын іздеу тарихына шолу жасайды. Топ Берлиндегі Макс Планк Ғылым тарихы институты мен Потсдамдағы Макс Планк Гравитациялық физика институтының бірлескен Макс Планк зерттеу тобы болып табылады. Көп хабаршылы компактты бинарлық жүйелердің астрофизикасы (Тим Дитрих басқарады) AEI Потсдамда. Бұл Макс Планк стипендиаты зерттеу тобы сандық салыстырмалылық әдістерін қолдана отырып, екі нейтронды жұлдыздың бірігуінен туындайтын электромагниттік және гравитациялық толқындарды зерттейді.

LIGO және Virgo ғарыш аппараттары

AEI Hannover және AEI Potsdam-да LIGO ғылыми ынтымақтастығының LIGO және Virgo детекторларының теориясы және деректерін талдаумен айналысатын екі тобы бар. AEI Hannover-де сондай-ақ, әртүрлі тәжірибелік тақырыптармен айналысатын GEO тобы да бар. Потсдам мен Ганновердегі AEI зерттеушілері LIGO және Virgo деректерін талдайды. Олар қара тесіктер мен нейтронды жұлдыздардың бірігуін іздеу және оларды түсіндіру үшін қолданылатын гравитациялық толқындардың болжамдарын да жасайды. AEI Hannover – advanced LIGO жобасының серіктес мекемесі және Hanford және Livingston-дағы advanced LIGO детекторлары үшін алдын ала тұрақтандырылған лазерлік жүйенің құрылысына үлес қосты. AEI зерттеушілері advanced LIGO интерферометрлерін іске қосуға және жұмыс істеуіне көмектеседі. 2018 жылдың басында AEI Hannover зерттеушілері Advanced Virgo гравитациялық толқын детекторында сығымдалған жарық көзін жасап, орнатуға көмектесті. Гравитациялық толқын детекторларының үшінші бірлескен бақылау кезінде ол кванттық-механикалық фондық шуды шамамен үштен бір бөлігіне дейін азайтып, екі нейтронды жұлдыздың бірігуін анықтау мүмкіндігін 26%-ға дейін арттырды.

Эйнштейн телескобы

AEI зерттеушілері Эйнштейн телескобын (ET) – Еуропадағы үшінші буындық гравитациялық толқындарды анықтағыш құрылғыны жоспарлауға, әзірлеуге және оның ғылыми негіздемесін құруға үлес қосады. ET басқару комитетінің тең төрағасы AEI Ханноверде орналасқан, ал Маастрихттегі ET прототипі үшін лазерлік технологияны дамыту AEI Ханноверде жүзеге асырылады. AEI Потсдам зерттеушілері Эйнштейн телескобы сияқты үшінші буындық гравитациялық толқындарды анықтағыш құрылғылар үшін толқын формасы модельдерін әзірлеуге қатысады.

GEO600

Ганновердің оңтүстігінде орналасқан GEO600 гравитациялық толқын детекторы Макс Планк гравитациялық физика институты мен Лейбниц университеті Ганновердің ғалымдары, сондай-ақ Ұлыбританиядағы әріптестерімен бірлесіп жобаланып, іске қосылған және қазірде олар тарапынан басқарылуда.

LISA Pathfinder (Ауылдық-ауылдық)

LISA Pathfinder – ESA-ның Лазерлік интерферометрлік ғарыш антеннасы (LISA) үшін сынақ миссиясы болды. Ол ғарыштағы гравитациялық толқындарды анықтау үшін маңызды технологияларды көрсетті. Ганновердегі Макс Планк гравитациялық физика институты және Лейбниц университетінің гравитациялық физика институты миссияға Германияның үлесіне жауапты болды және оны үйлестірді. Операциялық кезеңде Макс Планк және Лейбниц университетінің ғалымдары Ганноверде миссия деректерін талдауға серіктес болды. Олар сондай-ақ LTPDA талдау бағдарламасын, MATLAB құралдар жинағын әзірлеуде жетекші рөл атқарды. AEI ғалымы ESOC-тағы миссиялық операциялар кезеңдеріне қатысты.

ЛИЗА

Аспан кеңістігіндегі гравитациялық толқындарды зерттейтін LISA обсерваториясы ESA басшылығымен ғылыми консорциуммен бірлесіп жасалып жатыр. LISA консорциумын AEI директоры Карстен Данцман жетекшілік етеді. AEI Ганноверде LISA лазерлік интерферометриялық тәжірибелер жүргізу үшін үлкен зертханалар бар.

Грейс жалғастыру

GRACE FO – екі спутник арасындағы интерферометриялық қашықтық өлшеулер арқылы Жердің гравитациялық өрісін және оның уақыт және кеңістіктегі өзгерістерін егжей-тегжейлі өлшейтін спутниктік геодезиялық миссия. Осы мақсатта қолданылатын лазерлік арақашықтық интерферометрі – NASA және неміс серіктестерінің ынтымақтастығы, Германия тарапынан AEI басшылық етеді. Аспаптың тұжырымдамасы, оның прототиптері және техникалық сипаттамалары AEI-де жасалды. AEI зерттеушілері ұшу аппараттарын әзірлеу мен сынақтан өткізуге қатысты.

Жоғары оқу орны

Институт екі Халықаралық Макс Планк Ғылыми-зерттеу мектебінде (IMPRS) қатысады. Мұндай ғылыми-зерттеу мектептері – Макс Планк институттарының жергілікті университеттермен серіктестікте жүргізетін аспирантура бағдарламалары, олар Ph.D. дәрежесін тамыздайды. Гравитация, космология және кванттық өріс теориясының математикалық және физикалық аспектілері жөніндегі IMPRS Потсдам университетінің математика институты, Гумбольдт университетінің физика институты, Бомбей технологиялық институты (IIT), Ченнаи математикалық институты және Қытай Ғылым академиясының теориялық физика институтымен серіктестікте. Гравитациялық толқындар астрономиясы жөніндегі IMPRS екі бірлескен филиалда жұмыс істейді, бірі Ганноверде, екіншісі Потсдам Голмда. Ганновер филиалы Лейбниц университеті және Лазерлік орталықпен ынтымақтасады. Потсдам филиалы Гумбольдт университеті, Потсдам университеті және Лейбниц астрофизика институтымен серіктес. Ол гравитация, космология және кванттық өріс теориясының математикалық және физикалық аспектілері жөніндегі IMPRS (сонымен қатар АЭИ Потсдамда), Потсдам университетінің астрофизика магистрлік бағдарламасы, Потсдам астрофизикалық желісі, Киото университетінің теориялық физика Юкава институты және Мэриленд университетімен де ынтымақтасады.

Юрген Элерс көктемгі мектебі

Институт математика мен физикадан 40 халықаралық студентке жыл сайын екі апталық көктемгі мектеп ұйымдастырады. Әр жылдары лекциялар, жаттығулар және талқылаулар институттың ғылыми зерттеулердегі әртүрлі тақырыптарын қамтиды. Лекцияларды институттың ғылым қызметкерлері жүргізеді. Юрген Эхлерс атындағы көктемгі мектеп 2000 жылы құрылған және институттың алғашқы директоры Юрген Эхлерстің құрметіне аталған.

Қоғамдық іс-шаралар

Институттың қоғаммен байланыс жұмысына AEI Потсдамда және GEO600 гравитациялық толқын детекторында ашық есік күндерін өткізу, Қыздар күні мен Болашақ күніне қатысу, зерттеушілердің ғылыми-танымдық лекциялары, Ганновердегі «Ғылымның қарашасы» іс-шарасына қатысу, институттар бойынша, оның ішінде таңдалып алынған зертханалар мен компьютерлік кластерлерге экскурсиялар, сондай-ақ зерттеушілердің жоғары мектептерге сапарлары мен презентацияларын ұйымдастыру кіреді.

Эйнштейн онлайн

Институт Эйнштейннің салыстырмалылық теориясы және оның салдары туралы таныстыру және егжей-тегжейлі мақалалары бар Einstein Online танымал ғылыми веб-порталын жүргізеді.

Журналист резидент

2018 жылдан бері институт ғылыми журналистерге «Тұрғын журналистер» бағдарламасын ұсынады. Бағдарламаның мақсаты – журналистер мен ғалымдар арасындағы байланысты күшейту және институттың ғылыми зерттеулеріне толыққанды түсінік беру.

Эйнштейн @ үй

Институт Висконсин-Милуоки университетімен бірлесіп, Einstein@Home жобасының екі қабылдаушы институтінің бірі болып табылады. Einstein@Home волонтерлердің компьютерлеріндегі есептеу қуатын LIGO гравитациялық толқын детекторынан, ірі радиотелескоптардан және Fermi гамма-сәулелер ғарыш телескопынан алынған деректерде айналмалы нейтрон жұлдыздарынан келетін сигналдарды іздеу үшін біріктіреді.