マックスプランク重力物理学研究所

マックス・プランク重力物理学研究所
（アルバート・アインシュタイン研究所）

研究所のロゴ
略語	エイエイ
形成	1995
タイプ	非営利研究組織
本部	ポツダム＝ゴルムとハノーバー（ドイツ）
管理	常務取締役 柴田勝氏と副常務取締役 カルステン・ダンツマン氏
主な臓器	マックス・プランク協会
Webサイト	翻訳:

マックス・プランク重力物理学研究所（アルベルト・アインシュタイン研究所）は、アインシュタインの相対性理論とそれ以上の分野、すなわち数学、量子重力、天体相対性理論、重力波天文学を研究するマックス・プランク研究所です。この研究所は 1995 年に設立され、ポツダムのゴルムにあるポツダムサイエンスパークとハノーバーにあり、ハノーバーではライプニッツ・ハノーバー大学と密接に協力しています。研究所のポツダムとハノーバーの両方の部分は 3 つの研究部門に組織されており、いくつかの独立した研究グループをホストしています。

この研究所では、数学、データ分析、天体物理学、理論物理学の基礎研究のほか、レーザー物理学、真空技術、振動絶縁、古典光学および量子光学の研究も行っています。

LIGO科学コラボレーションが重力波の最初の検出を発表したとき、研究所の研究者たちは信号のモデル化、検出、分析、および特性評価に携わっていました。研究所は数多くのコラボレーションやプロジェクトに参加しています。研究所は重力波検出器 GEO600の主要パートナーであり、研究所の科学者は重力波の検出と特性評価のために重力波検出器に適用される波形モデルを開発しています。彼らは検出器技術を開発しており、LIGO科学コラボレーション、Virgoコラボレーション、およびKAGRAコラボレーションの検出器からのデータの分析も行っています。彼らはまた、宇宙ベースの検出器LISA（予定打ち上げ日：2034年）の計画と準備でも主導的な役割を果たしており、地球上の第3世代の重力波検出器（アインシュタイン望遠鏡、コズミックエクスプローラー）の開発に携わっています。研究所は、Einstein@HomeおよびPyCBCプロジェクトでも主要な役割を果たしています。

1998年から2015年まで、同研究所はオープンアクセスのレビュージャーナル「Living Reviews in Relativity」を発行してきた。^[1]

新しく設立された研究所は1995年4月に活動を開始し、1999年からポツダム＝ゴルムに拠点を置いている^。[2]

2002 年に、研究所はハノーバー大学に支部を開設し、地球と宇宙における重力波検出器のデータ解析と開発および運用に重点を置きました。ハノーバー研究所は、1979 年に物理学部によって設立されたハノーバー大学の原子分子物理学研究所 (AMP) を前身としています。

研究所の研究対象は一般相対性理論の分野です。理論および実験 重力物理学、量子重力、マルチメッセンジャー天文学、宇宙論をカバーしています。研究所は重力波天文学に重点的に研究を行っており、6つの部門のうち5つがこの研究分野のさまざまな側面に取り組んでいます。中心となる研究テーマは次のとおりです。

• ソースモデリング（中性子星連星、ブラックホール連星、混合連星、恒星核の崩壊）
• 地球上と宇宙の両方における重力波検出器の実験作業
• 一般相対性理論における二体問題の解決
• アインシュタインの方程式の解析的および数値的解
• 重力波探索のためのデータ解析 アルゴリズムの開発と実装
• 重力波源の特性を推測するための追跡分析
• 標準モデルを超えた粒子と基本的な相互作用の探索

これらすべての努力により、地球上で 重力波が初めて直接検出されたことから始まった新しい種類の天文学が可能になります。

研究所の科学者たちはまた、物理学の基礎理論である一般相対性理論と量子力学を量子重力理論に統一することを目指して研究を行っている。

• AEIポツダムのアレサンドラ・ブオナンノの天体物理学および宇宙相対論部門^[3]は、一般相対論における二体問題を解析的かつ数値的に解き、ブラックホールと中性子星からなる連星系から放出される重力波信号を予測しています。部門のメンバーは、これらの波形モデルを使用して天体物理学的および宇宙論的な情報を推測し、重力波検出器のデータを使用して一般相対論のテストを行っています。
• AEIポツダムの柴田勝教授の計算相対論天体物理学部門^[4]では、ブラックホールや中性子星の合体や恒星核の崩壊を研究している。また、数値ツールを用いて一般相対論のより基本的な側面にも取り組んでいる。
• AEIポツダムの量子重力・統一理論部門^{[5] （2020年8月から}アレサンドラ・ブオナンノが部門長代行）は、共形場理論、弦理論、超重力と対称性に基づいた量子重力理論の開発に取り組んでいます。
• AEIハノーバーのカーステン・ダンツマンのレーザー干渉計と重力波天文学部門^[6]の研究の焦点は、地球と宇宙での重力波検出器の開発と運用です。これには量子光学とレーザー物理学の実験室実験が含まれます。
• AEIハノーバーのブルース・アレンの観測相対論・宇宙論^{[7]部門では、}地上検出器からのデータにおける重力波信号の探索と分析、およびアインシュタイン@ホームプロジェクトの運営など、一般相対論の観測的帰結を研究しています。この部門では、ガンマ線パルサーや電波パルサーの探索、ブラックホールの理論的側面にも取り組んでいます。
• グイド・ミュラーが率いるAEIハノーバーの精密干渉計および基礎相互作用部門^[8]は、LISAやその他の宇宙ベースおよび地上ベースの重力波天文学、およびレーザー光学的方法を使用した標準モデルを超える基礎相互作用の探索に重点を置いています。

• ブルース・アレン（AEIハノーバー、2007年～現在）
• アレッサンドラ・ブオナンノ(AEI ポツダム、2014–現在)
• カルステン・ダンツマン（AEIハノーバー、2002年～現在）、副社長^[9]
• ユルゲン・エーラーズ（AEIポツダム、初代ディレクター、1995～1998年）
• ゲルハルト・ホイスケン(AEI ポツダム、2002 ～ 2013)
• グイド・ミュラー（AEIハノーバー、2022年～現在）^[10]
• ヘルマン・ニコライ(AEI ポツダム、1997–2020)
• バーナード・F・シュッツ（AEIポツダム、初代ディレクター、1995年～2014年）
• 柴田勝（AEIポツダム、2018年～現在）、マネージングディレクター^[9]

• AEIポツダムの幾何学と重力^[11]。この研究グループは、重力理論と関連する物理理論の基本的な問題を数学的手法で研究しています。
• AEIハノーバーにおける連続重力波の探索^{[12] （} M.アレッサンドラ・パパが主導）。この研究グループは、高速で回転する中性子星から発生すると予想される、現在のところ検出されていない連続重力波の探索に取り組んでいます。

• ハノーバーAEIの連星合体観測と数値相対論^[13]（フランク・オームが率いる）。この独立研究グループは重力波 データ解析と合体するブラックホールと中性子星からの信号の波形予測に取り組んでいる。研究はこれらのプロセスの数値シミュレーションに基づいている。
• AEIポツダムの例外的量子重力^[14]（ヘルマン・ニコライ率いる名誉グループ）。この研究グループはERCアドバンストグラントによって資金提供を受けています。その研究は、量子重力の一貫した理論に対する対称性に基づくアプローチに関するものです。
• ポツダムAEIの最終理論プログラム^[15]（アレクサンダー・ブルムが率いる）の歴史的認識論。この研究グループは、量子重力理論の探求の歴史に焦点を当てています。このグループは、ベルリンのマックスプランク科学史研究所とポツダムのマックスプランク重力物理学研究所の共同マックスプランク研究グループです。
• AEIポツダムのコンパクト連星のマルチメッセンジャー天体物理学^[16]（ティム・ディートリッヒが率いる）。このマックス・プランクフェロー研究グループは、数値相対論法を用いて連星中性子星の合体から放出される電磁波と重力波を調査している。

マックスプランクパートナーグループは、以前のホストであるマックスプランク研究所と重複する分野で研究を行っています。マックスプランク研究所で研究滞在した後に母国に帰国する若手科学者を支援するために設立されました。^[17]

マックスプランク重力物理学研究所には2つのマックスプランクパートナーグループがある: ^{[18] [19]}

• インドのインド工科大学カンプール校で「量子重力と統一理論」部門と共同研究
• 吉林大学長春校の「量子重力と統一理論」部門と共同研究

AEIハノーバーとAEIポツダムには、LIGOとVirgo検出器の理論とデータ分析に携わる2つのLIGO科学協力グループがあります。 ^{[20] [21]} AEIハノーバーには、さまざまな実験トピックに携わるGEOグループもあります。^{[22]ポツダムとハノーバーのAEI研究者は、LIGOとVirgoのデータを分析しています。彼らはまた、}ブラックホールと中性子星の合体の探索とその解釈に使用される重力波信号の予測を開発しています。

AEIハノーバーは先進LIGOプロジェクトのパートナー機関であり、ハンフォードとリビングストンの先進LIGO検出器用の事前安定化レーザーシステム^{[23] [24] [25]}を提供しました。AEIの研究者は先進LIGO干渉計の試運転と運用を支援しています。

2018年初頭、AEIハノーバーの研究者らは、Advanced Virgo重力波検出器にスクイーズド光源を開発、構築し、設置するのを手伝った。^[26]重力波検出器の3回目の共同観測では、量子力学的背景ノイズが約3分の1に減少し、連星中性子星合体の検出率が最大26%増加すると予想された。^{[27] [28]}

AEIの研究者は、ヨーロッパの第三世代重力波検出器であるアインシュタイン望遠鏡（ET）の計画、開発、科学的根拠^{[29]に貢献しています。ET運営委員会の共同議長はAEIハノーバーにおり[30]}、マーストリヒトのETプロトタイプのレーザー技術はAEIハノーバーで開発される予定です。^[31] AEIポツダムの研究者は、アインシュタイン望遠鏡などの第三世代重力波検出器の波形モデルの開発に貢献しています。^[32]

ハノーバー南部にあるGEO600重力波検出器は、マックス ・プランク重力物理学研究所とハノーバー・ライプニッツ大学の科学者と英国のパートナーによって設計され、運用されています。^[33]

LISAパスファインダーは、 ESAによるレーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）の試験ミッションであった。宇宙での重力波検出の主要技術を実証した。ハノーバーのマックス・プランク重力物理学研究所とハノーバー・ライプニッツ大学重力物理学研究所が、このミッションへのドイツの貢献を統括した。^[34]

運用段階では、ハノーバーのマックス・プランク大学とライプニッツ大学の研究者がミッションのデータ分析のパートナーとなった。^{[35]彼らはまた、} MATLABツールボックスである分析ソフトウェアLTPDAの開発でも主導的な役割を果たした。^{[36] AEIの科学者は}ESOCでのミッション運用シフトに参加した。

宇宙重力波観測所 LISAは、 ESAのリーダーシップの下、科学コンソーシアムと共同で開発されている。 ^[37] LISAコンソーシアムは、AEI所長のカルステン・ダンツマンが率いている。^[37] AEIハノーバーとAEIポツダムには、LISAコンソーシアムのグループがある。^{[38] AEIハノーバーには、LISAレーザー}干渉計実験のための大規模な研究所がある。^[39]

GRACE-FOは衛星ベースの測地学ミッションであり、 2つの衛星間の干渉距離測定によって地球の重力場とその時間的・空間的変動を詳細に測定する。この目的で使用されるレーザー測距干渉計は、 NASAとドイツのパートナーの協力によるもので、ドイツの貢献はAEIが主導している。機器のコンセプト、プロトタイプ、技術仕様はAEIで作成された。AEIの研究者は、飛行ハードウェアの開発とテストに携わってきた。^[40]

研究所は2つの国際マックスプランク研究スクール（IMPRS）に参加している。これらの研究スクールは、マックスプランク研究所が地元の大学と提携して運営する大学院プログラムであり、博士号を授与している。重力、宇宙論、量子場の理論の数学的および物理的側面に関するIMPRSは、ポツダム大学数学研究所、フンボルト大学物理学研究所、インド工科大学ボンベイ校、チェンナイ数学研究所、中国科学院理論物理学研究所と提携している^[41]。

重力波天文学に関するIMPRSは、ハノーバーとポツダム＝ゴルムの2つの協力支部で運営されている。ハノーバー支部は、ハノーバー・ライプニッツ大学およびハノーバー・レーザーセンターeVと協力している。^[42]ポツダム支部は、フンボルト大学、ポツダム大学、ライプニッツ天体物理学研究所と提携している。^{[43]また、重力、宇宙論、量子場の理論に関する数学的・物理的側面に関するIMPRS（AEIポツダム）、}ポツダム大学の天体物理学修士課程、ポツダム天体物理学ネットワーク、京都大学湯川理論物理学研究所、メリーランド大学と協力している。^[44]

この研究所は、数学と物理学を学ぶ40人の留学生を対象に、毎年2週間の春期講習を行っています。^[45]毎年、講義、演習、ディスカッションでは、研究所の研究専門知識に基づいたさまざまなトピックが取り上げられます。講義は研究所の研究者によって行われます。

ユルゲン・エーラーズ・スプリングスクールは2000年に設立され、同研究所の初代所長であるユルゲン・エーラーズにちなんで名付けられました。

研究所のアウトリーチ活動には、ポツダムAEIとGEO600重力波検出器でのオープンデー、ガールズデーとフューチャーデーへの参加、研究者による科学普及講演、^[46]ハノーバーの「11月の科学」への参加、^[47]選ばれた研究室やコンピュータクラスターを含む研究所の見学、および高校での研究者による訪問とプレゼンテーションのプログラムが含まれます。^[48]

この研究所は、アインシュタインの相対性理論とその結果についての紹介記事や詳細な記事を掲載したハイパーテキストネットワークである 、ポピュラーサイエンスウェブポータル「アインシュタインオンライン」^{[49]を運営している。}

2018年以来、研究所は科学ジャーナリスト向けにジャーナリスト・イン・レジデンス・プログラムを提供している。その目的は、ジャーナリストと科学者の間のコミュニケーションを改善し、研究所の研究に対するより深い洞察を提供することである。^[50]

この研究所はウィスコンシン大学ミルウォーキー校とともに、分散ボランティアコンピューティングプロジェクトEinstein@Homeの2つのホスト機関のうちの1つです。^{[51] Einstein@Homeはボランティアのコンピューターの計算時間を集約し、} LIGO重力波検出器、大型電波望遠鏡、フェルミガンマ線宇宙望遠鏡からのデータから回転する中性子星からの信号を探します。

• マックスプランク重力物理学研究所のホームページ
• アインシュタイン オンライン –アルバート アインシュタインの相対性理論に関する研究所主催のアウトリーチ ウェブサイト
• 研究所が主催するLISAコンソーシアムのウェブサイト

北緯52°24′59″ 東経12°58′9″ / 北緯52.41639° 東経12.96917° / 52.41639; 12.96917