我院本科生创新创业项目团队在高能量密度物理领域发表高水平成果

导读

        近日，我院本科生创新创业项目“拉盖尔-高斯激光产生的引力波研究”课题组在《European Physical Journal C》发表成果“Ultra high frequency gravitational waves from Laguerre–Gaussian beam: a possible source in lab”。中山大学为该论文的第一单位，理学院2021级本科生钟浩是第一作者，共同通讯作者为方毓鸿老师、我院黄永盛教授，该成果作者依次还有我院2022级本科生詹健豪、2021级本科生杨如诗。
 

      该成果培育于校级大学生创新创业项目暨学院伽玛科创计划项目《拉盖尔-高斯激光产生的引力波研究》，旨在探索拉盖尔-高斯激光的引力场特性。以爱因斯坦广义相对论中给出的引力场方程为基础，通过分析拉盖尔-高斯激光的能量动量张量，计算激光引起的度规扰动，以及激光辐射引力波的频率以及能量分布。

摘要

      天体物理起源的引力波探测，证实了爱因斯坦的广义相对论，并同时开启了引力波天文学的新纪元。然而，随着高能量密度激光技术的不断突破与发展，在实验室人为产生特定参数的引力波或许将成为可能。本论文利用广义相对论，计算分析了高功率拉盖尔-高斯光束辐射的引力波，包括引力波的频率、振幅角分布以及辐射能流角分布等特性。我们发现，使用功率为10^22 W/cm2、频率10^15 Hz的拉盖尔-高斯光束时，辐射的引力波频率为激光频率的两倍，引力波最大振幅可达10^-34。虽然该数值远低于LIGO当前10^-21量级的探测阈值，但由于其超高频特性，我们经过调研发现，利用逆Gertsenshtein效应的探测方法可探测频率高达10^15 Hz、振幅约10^-30的超高频引力波。这种新型的探测方式为将来测量高功率激光产生的引力波提供了可能的可行路径。若实验室激光辐射的引力波可被探测到，或许能够开启“引力波通讯”的新纪元。

第一作者介绍

获奖经历

     1、2022-2023学年中山大学优秀本科生二等奖学金；

     2、2023-2024学年中山大学优秀本科生二等奖学金；

     3、“中山大学优秀共青团员”荣誉称号；

     4、“中山大学勤工助学先进个人”荣誉称号。

任职经历

     曾担任学院学生会主席团成员、青年传媒中心媒体部负责人等。

科研经历

     1、参加2022年度理学院伽马科创计划，项目名：《高密度能量产生的时空弯曲的研究》。

     2、参加2023年度理学院伽马科创计划，项目名：《拉盖尔-高斯激光产生的引力波研究》。

其他

     目前已经保研至中国科学院大学高能物理研究所。

参与大创项目的经验分享

      在两年的伽玛科创项目研究中，我深刻体会到了实际科研与课堂理论学习的不同，通过系统的科研训练，培养了自己的科研素养。在前期调研阶段，我学习了文献搜索和精读方法，掌握了快速把握论文核心的技巧；在研究过程中，学习了通过Mathematica编程进行复杂方程的数值求解，期间不断地调试不仅强化我的编程思维，更是让我拥有对科研的严谨态度；最终在论文撰写过程中，学习规范的科研成果标准，锻炼自己的语言表达能力。

      相较于最终发表的学术成果，我认为最大的收获是培养了自己的科研方法论，在过程中潜移默化掌握了发现问题、分析问题并解决问题的能力，相信这种系统化的问题解决能力会成为我未来的科研道路的核心支撑。

      特别感谢黄永盛教授和方毓鸿老师这两年对本课题的指导。感谢理学院提供伽玛科创项目这一平台，让我们在本科阶段就能深度参与完整科研流程，这对科研兴趣的形成和科研能力的培养有着不可替代的价值。