كيف نشرت مقالًا علميًا في مجلة Nature

قبل عامين ، أثناء استعراض دفتر ملاحظات قديم مع حسابات ، تعثرت في خطأ واضح في معادلة واحدة. يجري في حالة رعب تام - تم نشر هذه المعادلة في مجلة علمية قبل شهر واحد - تخلى عن كل شيء وبدأ في إعادة الحساب بشكل عاجل. والخطأ لم يذهب بعيدا.



كيف تحولت الأخطاء إلى ميزة حول التقدم العلمي وجميع المغامرات في محاولة النشر في Nature. المفسد: عملت تقريبا .

كيف بدأ كل شيء

سأبدأ قليلا من بعيد. أنا فيزيائي دراسات عليا يشارك في علم البصريات الكمومية كما هو مطبق على كاشفات موجات الجاذبية في جامعة هامبورغ. في أحد الأيام الجميلة ، اتصل بي المشرف ويقول: "هكذا يقولون ، لقد عرضوا علي نشرة ضيف في مجلة واحدة ، ولكن في الوقت الحالي لا توجد نتائج. الموعد النهائي في ثلاثة أسابيع. هل لديك أي أفكار؟ "كانت هناك أفكار ، وقمنا على وجه السرعة بحساب وكتابة مقال في ثلاثة أسابيع. بعد إعطائها للمراجعة ، والزفير بعد الماراثون قليلاً ، تعهدت بالتحقق ، لكن ماذا فعلنا.

هنا يجب أن نجعل الاستطرادا ونقول بضع كلمات عن الفيزياء. في الطبيعة ، تحدث ظاهرة الرنين . عندما تأخذ البندول وتتصرف به بقوة تردد معين (الرنين) ، يبدأ فجأة في التذبذب مع زيادة السعة. حسنًا ، أو مثال كلاسيكي: جسر ينهار عندما يمشي الجنود عليه.

لذلك ، يصل تضخيم الرنين التذبذبي هذا إلى الحد الأقصى عند تردد واحد ، وعند الترددات القريبة منه يتناقص بشكل سلس. يُطلق على نطاق التردد الذي يكون فيه الكسب كبيراً عرض النطاق الترددي. في كاشفات الموجة الجاذبية (GW) ، تستخدم الرنانات الضوئية لتضخيم الإشارة (وقوة الليزر).

وفي المقالة ، درسنا تأثير البلورة غير الخطية داخل كاشف GW على ديناميات المرايا. وبمرور الوقت اعتبروا عرض النطاق الترددي للكشف (معنى المعادلة غير مهم ، فقط للتوضيح هنا):

$$

$$\ gamma \ sim \ frac {1} {1 + R_s (\ cosh 2r \ cos 2 \ phi \ cos 2 \ psi - \ sin 2 \ phi \ sin 2 \ psi) + R_s ^ 2}$$

أنا أتطلع إلى هذه المعادلة ، ويتعرق العرق البارد بيني: بمزيج معين من المعلمات ، يختفي المقام ، ويصبح عرض الشريط بلا حدود.

تخيل: مرنان يضخّم إشارة بأي تردد! حلم! ولكن على الأرجح خطأ ، وهذا لا قيمة له على الإطلاق - المقال قيد الطباعة بالفعل. أبدأ بالبحث عن هذا الخطأ ، خطوة بخطوة التحقق من الحسابات ، وأنا لا يمكن العثور عليه. أنا أكتب إلى مؤلف مشارك ، يؤكد أنه يبدو أن هذا هو ما حدث ، لكن اللغز المطلق هو كيف ولماذا. وتجدر الإشارة إلى أن الكاشف مع عرض النطاق الترددي لانهائي هو الكأس المقدسة للكشف عن GV. والحقيقة هي أن لدى الرنانات خاصية غير سارة واحدة: فهي تضخّم الإشارة بالقرب من الرنين ، وخارج الرنين (بترددات عالية) يقمعونها بشكل كبير.


شكل توضيحي للإشارة من اندماج نجوم النيوترون: عند الترددات العالية (على مقربة من لحظة الانصهار) ، يتم منع الإشارة بواسطة المرنانات ، ولا يمكن تمييزها عن طريق الضوضاء.

في الترددات العالية ، يتم فقد الإشارات في الضوضاء. وهناك إشارات مثيرة للاهتمام للغاية: على سبيل المثال ، لا تستطيع أجهزة الكشف الحالية التقاط لحظة اندماج نجم النيوترون - فهي عالية جدًا في التردد وتغرق في الضوضاء. وبعد الاندماج ، يمكن أن يتأرجح أيضًا نجم نيوتروني (أو ثقب أسود) تم تشكيله حديثًا ، ويمكن إخفاء دليل على وجود انحراف عن الموارد الوراثية أو الجاذبية الكمية في هذه الإشارة. وسيحب الجميع رؤية هذه الأحداث.


منحنى الحساسية المميزة للكاشف GW (أصغر كلما كان ذلك أفضل). في الدردشات العالية ، يرتفع المنحنى: نظرًا لعرض النطاق الترددي للرنانات ، تضيع الإشارة في الضوضاء.

امتدت عملية البحث عن كاشف النطاق العريض لعدة عقود. تم نشر العديد من المقالات التي تم دحضها لاحقًا بنجاح. في السنوات الأخيرة ، برزت العديد من الأفكار البارعة التي تتطلب تقنية تفوق بكثير ما يتم تنفيذه حاليًا. وهنا حظ سعيد - تقنية قياسية في البصريات تعطي التأثير المطلوب. أم أنها لا تزال لا؟

أخذت تذاكر الطائرة وطارت بشكل عاجل إلى مؤلف مشارك في Caltech (كانت الفائدة هي تأشيرة دخول إلى الولايات المتحدة) ، لفهمها. أسبوع ونصف من الوضع الأمريكي للعملية (من الساعة 9 صباحًا إلى الساعة 10 مساءً ، سبعة أيام في الأسبوع - مرحباً بالنزول) وما زلنا ندرك ما حدث بالضبط في معادلي هناك.

قليلا عن الفيزياء

في هذا الجزء ، سأتحدث عن مصدر التأثير. بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في قراءة استمرار تاريخ النشر دون تفاصيل مملة - بضمير مرتاح ، ينتهي الأمر بالجزء التالي.

في كاشف GV ، هناك العديد من الضوضاء المختلفة التي يواجهها العلماء بوسائل مختلفة ( إليك مقالة حول هذا الموضوع ). واحدة من أكثرها أساسية هي الضوضاء الكمومية. تؤثر الضوضاء الكمومية على الحساسية عند الترددات المنخفضة والترددات العالية بطرق مختلفة. في تقلبات الكم المنخفضة ، تدفع سعات الليزر المرايا ، وتؤدي إلى حركة عشوائية ، والتي تتداخل مع تسجيل الإشارة. في الترددات العالية ، ضوضاء الكشف عن النار (تصل الفوتونات إلى الثنائي الضوئي مع تأخير عشوائي). كتبت بمزيد من التفصيل عن الضوضاء الكمومية وطرق التعامل معها باستخدام ضوء مضغوط في مقال سابق .

هناك خياران لكيفية تضخيم الإشارة فيما يتعلق بالضوضاء: يمكنك استخدام الرنانات ذات عامل Q العالي (تضخيم الإشارة والطاقة الضوئية) ، أو يمكنك استخدام الضوء المضغوط.

الرنانات قيد الاستخدام بالفعل ، لكن كما كتبت أعلاه ، كلما زاد تضخيم الضوء ، انخفض عرض النطاق الترددي للكاشف. من الناحية المثالية ، تحتاج إلى زيادة عرض النطاق الترددي للكشف دون التضحية بالحساسية عند الترددات المنخفضة. يتم استخدام الضوء المضغوط في كل مكان في أجهزة الكشف ، لكنه لا يسمح بزيادة عرض النطاق الترددي - فهو يزيد من الحساسية عند الترددات العالية. الأسوأ - الضغط يقلل الحساسية عند مستوى منخفض (انظر هنا ). وبشكل مثالي ، تريد أن تظل الترددات المنخفضة حساسة على الأقل.

في عملنا الجديد ، استخدمنا مرنانات الكاشف نفسه لإنشاء ضغط فقط عند الترددات العالية. يتكون كاشف الموجة الجاذبية من العديد من الرنانات المزدوجة. الرنانات في الذراعين تضخيم قوة الضوء وتزيد من تضخيم الإشارة داخل النطاق الترددي. هناك مرنان لتضخيم قوة الضوء بشكل إضافي (إعادة تدوير الطاقة) ، وهناك طريقة منفصلة لتضخيم الإشارة (استخراج الإشارة). سوف نركز على هذا الأخير. يتكون هذا الرنان من مرآتين: واحدة عند مخرج مقياس التداخل ، وواحدة - المرآة الأمامية للرنان في الكتفين.

من الخصائص المميزة لإعداد مقياس التداخل أنه لا يوجد عادة ضوء عند الخروج من مقسم الحزمة المركزية (يُسمى "المنفذ المظلم"). توجد تقلبات الفراغ فقط في مرنان الإشارة. نتيجة لذلك ، يمكننا أن نتخيل الكاشف على أنه مرنانان مترابطان:


مثل هذا التمثيل مفيد لحساب الضوضاء الكمومية. عادة ما يتم استبدال المرآة الأمامية بمرآة واحدة فعالة - وقد وجدنا في هذه اللحظة خصائص مثيرة للاهتمام. إذا أخذنا في الاعتبار هذه الرنانات المقترنة ، فيمكننا الحصول على شيء غير متوقع (بالنسبة للأشخاص الذين اعتادوا على الحساب القياسي - النتيجة.

الرنانات المزدوجة ، مثل المذبذبات الأخرى ، لها خاصية ضرب مثيرة للاهتمام:


إذا أثارت التذبذبات في مذبذب واحد ، فسيتم نقل الطاقة بينهما دوريًا ، وستتذبذب بالتناوب. إذا تمت إضافة قوة خارجية إلى أحد المذبذبات ، فمع اختيار معين للطور ، سيتم نقل كل الطاقة إلى المذبذب الثاني ، وستبقى الأولى بلا حراك! إنها هذه الخاصية التي استخدمناها في عملنا.

إذا قمت بضبط رنين اثنين من الرنانات المقترنة في الصورة أعلاه بطريقة معينة ، عند تطبيق الضوء (أو تقلبات مجال الفراغ) على مرنان الإشارة ، ستذهب كل الطاقة إلى تجويف الكتف ، وستبقى السعة في الإشارة صفراً! هذا يبدو غريباً ، لكن يجب أن يقال عن التداخل لهذا التأثير: نظرًا للاقتران بين المرنانات ، فإن سعة الموجات التي تترك تجويف الكتف تعوض تمامًا عن سعة الضوء داخل مرنان الإشارة. وكان أساسا في مكافحة الرنين.

إذا قمت بتغيير وتيرة الضوء المطبق ، فإن مرنان الإشارة يكون أكثر رنينًا ، والكتف في الرنين العكسي.



والآن الخدعة الرئيسية: إذا وضعنا بلورة غير خطية في مرنان الإشارة التي تنتج ضوءًا مضغوطًا ، فلن ينتج عنها في حالة الترددات المنخفضة ضغطًا (مرنان الإشارات في حالة مضادة للرنين - لا يوجد حقل هناك!).



كلما زاد تردد الإشارة ، زاد الضغط. عادةً ما يتم تعويض كبت الإشارة بسبب عرض نطاق الرنان بدقة عن طريق ضغط الضوضاء ، بحيث تظل نسبة الإشارة إلى الضوضاء دون تغيير! نتيجة لذلك ، يزداد عرض النطاق الترددي للكاشف.



تجدر الإشارة إلى أننا لم نحصل على أي عرض النطاق الترددي لانهائي ، بطبيعة الحال. اتضح أن التقريب الذي استخدمناه (قياسي للحسابات) ليس دقيقًا تمامًا لهذه الحالة بالذات. وعلى الرغم من أن عرض الشريط يصبح أكبر بالفعل ، إلا أنه لا يزال محدودًا. أفضل جزء هو أن هذا الأسلوب لا يؤثر على الضوضاء في الترددات المنخفضة ، مع الحفاظ على حساسية عالية (والسماح باستخدام الأدوات الكمومية الأخرى لتقليل الضوضاء ذات التردد المنخفض).

كيف يساعد هذا في الكشف؟ دعنا ننتقل مرة أخرى إلى مثال إشارة GV أعلاه. الآن عند الترددات العالية ، يمكننا ضغط الضوضاء ورؤية الإشارة مرة أخرى!



حسبنا أنه بالنسبة للكشف عن جيل المستقبل ، مثل تلسكوب أينشتاين ، فإن احتمال رؤية لحظة اندماج نجم النيوترون أقل من 9 ٪ سنويًا (لنوع معين من نجم النيوترون). باستخدام فكرتنا ، يمكن أن يرتفع هذا الاحتمال ، اعتمادًا على جودة البصريات ، إلى 75 وحتى 100٪. الصعوبة الرئيسية في هذه المسألة هي تحقيق نوعية جيدة بما يكفي من البصريات ، وهو أمر صعب إلى حد ما.

مقالي والحيوانات الأخرى

بحلول الوقت الذي عدت فيه من الولايات المتحدة ، كان لدي كل النتائج الرئيسية ونص من 40 صفحة في متناول اليد. مع هذا ذهبت إلى المعلم العلمي ، لأنه حان الوقت لتقرير المجلة التي يجب تقديم المقال إليها.

نظر العالم في هذا الأمر برمته وقال - ولكن هل يجب أن نحاول في العلوم؟

من المهم أن نفهم أن السوق غير الصحي للمناصب الأكاديمية يعتمد أساسًا على عدد المقالات في المجلات التي يتم الاستشهاد بها بشدة. إذا كنت ترغب في الحصول على فرصة لشغل منصب دائم في معهد جيد - يمكنك النشر في مجلة العلوم والطبيعة والمجلات. ولا مفر من هذا ، للأسف. لكن يجب أن أقول إن هذه المجلات تتطلب مقاربة خاصة جدًا للنص - من الضروري أن تكتب حتى يتمكن غير الفيزيائي من فهم معظم النص بسهولة. هذا هو ، النص والصور المصقول تماما. للأشهر الثلاثة التالية ، كتبت النص وأعد كتابته ، مع تضمين كافة المعلومات من الصفحات الأربعين للمسودة إلى الصفحات الأربع المطلوبة.

والآن ، في كانون الأول (ديسمبر) 2018 ، تم التحقق من النص ، وتم عرضه من خلال العديد من المؤلفين المشاركين عدة مرات ، واضغط على زر "إرسال" ، مع ملء مليون نموذج مختلف على موقع مجلة Science على الويب. أسبوعين من التوقعات المؤلمة و ...

شكرًا لك على إرسال مخطوطة "عنوان المقالة" إلى العلوم. نظرًا لأن مخطوطة لم تُمنح أولوية عالية بدرجة كافية أثناء عملية الفحص الأولية ، فقد قررنا عدم المتابعة إلى المراجعة المتعمقة. النظرة العامة هي أنه على الرغم من أن ورقتك ستحظى باهتمام كبير في هذا المجال ، فإنها ليست واحدة من أكثرها تنافسية من حيث المصلحة العامة.

الحزن. ولكن عموما سيكون من المستغرب إذا توالت. لا شيء ، إذن يأتي هدفنا الحقيقي - فيزياء الطبيعة ، والتي تتخصص في الفيزياء ، ومؤخراً تحب كل شيء عن موجات الجاذبية. أسبوع من إعادة صياغة النص حسب متطلباتهم ، مليون نموذج آخر ، زر "إرسال" ، أسبوعان من العذاب ، و ...

نشكرك على إرسال المخطوطة بعنوان "عنوان المقالة". ... نأسف لأننا لم نتمكن من عرض نشر ورقتك في مجلتنا.
...
نشعر أن هذه المخطوطة ستجد منفذاً أكثر ملاءمة في مجلة تنشر المزيد من الأبحاث المتخصصة ، حيث يمكن تقدير مزاياها بالكامل.

هذا مزعج. خاصة وأن المجلات الأخرى تتطلب ببساطة أسلوبًا مختلفًا للنص. وهذا يعني أن جميع المقترحات التي تم التحقق منها وثلاثة أشهر من العمل لا قيمة لها.

نحاول Physical Review X - يمكنك ترك الأسلوب فيه (أسبوع آخر من العمل):

نشعر أنه سيتم وضع الورقة بشكل أفضل في مجلة متخصصة في البصريات الكمومية أو تطوير الأدوات للكشف عن GW.

وفي الوقت نفسه ، مرت 4 أشهر منذ أول إيداع. لا يوجد شيء يجب القيام به - عليك اتباع النصائح والبحث عن مجلة أكثر ملاءمة. لحسن الحظ ، تنشر نفس مجلة الطبيعة العديد من المجلات الجيدة: علم الضوئيات الطبيعية ، Nature Communications ، وما إلى ذلك. في هذه اللحظة ، أبحث عن وقت قياسي من الإرسال إلى النشر في هذه المجلات ، وأرى أن القيم التي تراوحت ما بين 6 إلى 12 شهرًا. لكن المقال موجود بالفعل عبر الحلق ، أريد نشره قريبًا وبدء مشاريع جديدة.

يقع الاختيار على Light: Science & Applications ، وهي أيضًا مجلة من Nature. والمكافأة - لا تحتاج إلى إعادة صياغة المخطوطة ، يمكنك نقلها مباشرة من محاولة سابقة باستخدام Nature Physics.

عشر دقائق لملء النموذج ، "إرسال"! يمر أسبوع ، الثاني ، الثالث ، لا يسمع شيئًا عنهم. هذه علامة جيدة - فهذا يعني أن رئيس تحرير المجلة لم يرفضها على الفور ، لكنه أرسل للمراجعة! بعد ثلاثة أشهر تقريبًا ، تأتي المراجعات. واحد إيجابي ، واحد أكثر أو أقل ، واحد سلبي (المراجع لم يفهم أي شيء على الإطلاق):

بعد مراجعة الأقران بعناية ، أود أن أقترح تنقيحات رئيسية لمخطوطة. من المحتمل أن يتم إرسال المخطوطة الخاصة بك إلى المراجعين الحاليين وربما إلى مراجع إضافي أو أكثر ، لمزيد من المدخلات والمشورة قبل اتخاذ أي قرار نهائي بشأن النشر المحتمل.

أسبوعان لتحرير النص وكتابة الإجابات ، وثلاثة أسابيع أخرى من الانتظار ، ويأتي استعراضان جديدان ، والآخر إيجابي ، والآخر يتطلب إضافة صفحتين من التحويلة. المواد في النص الرئيسي ، إعادة كتابة المقال بشكل أساسي. بعد شهر من الخلافات مع المراجع ، يخرج النص من يديه العنيدة دون تغيير تقريبًا (النصر!) وأخيراً الرسالة المرغوبة:

يسعدني أن أبلغكم أنه في انتظار استلام النماذج وأية مراجعات بسيطة مطلوبة أدناه ، سيتم قبول المخطوطة المذكورة أعلاه للنشر في Light: Science & Applications.

ثم يبدأ روتين النشر. ترجمة من LaTeX إلى Word (مرحبًا بالقرن 20) ، والتحرير ، والتسويات ، وتصحيح التجارب المطبعية ، والتحريرات الجديدة ، وتصحيح التجارب المطبعية مرة أخرى. دفع 3.5k للنشر (ولكن الوصول المفتوح!). اكتب مراجعة شهيرة ، وقم بعمل توضيحات ... بشكل عام ، شهر ونصف آخر من المحن.

وهكذا ، بعد مرور عام على التقديم ، أي بعد عامين تقريبًا من بداية العمل ، يخرج المقال بعنوان url جميل يبدأ بـ "nature.com" (حسنًا ، دعه يصبح مجلة فرعية وينشر في الصين): https: // www. nature.com/articles/s41377-019-0230-2 . يمكنك قراءة بيان صحفي آخر على EurekAlert!

يبقى السؤال: لماذا كل هذا؟ .. هل يوجد في السيرة الذاتية كل هذه الفوضى ووقت طويل في الكتابة بدلاً من العلم الحقيقي؟ بغض النظر عن مدى السخافة ، ولكن في سوق العمل الأكاديمي الحديث - على ما يبدو ، نعم.

استنتاج

العلوم الحديثة مصابة بفيروس النشر أو الهلاك. بدلاً من نشر النتائج ، يضطر العلماء إلى تحسين عملهم من خلال تقديم النتائج في ضوء مفضل من أجل "بيعها" إلى المجلات "الرائعة". كل هذا يأتي على حساب موضوعية عرض النتائج ، وفي عملية كتابة المقال الذي جربته بالكامل. في بعض الأحيان يبدو أن عدم الدقة قليلاً لن يلعب أي دور ، لكنه سيساعد في دفع المقالة إلى أعلى. آمل أن أتمكن من قمع هذه الرغبات ، ولم تتسلل هذه الأخطاء إلى النص. لكن العملية نفسها تفسد بشكل لا يصدق.

ما هو أسوأ - نحن نقاتل من أجل الدخول إلى الطبيعة ، الذين يمزقون أموالًا برية لتوفير الوصول إلى المقال. بسببها ، المؤسسات الفقيرة غير قادرة على قراءة الدراسات الأكثر تقدمية (بفضل مركز الخيال العلمي لإزالة الحواجز). العلم لا يزال قائما في العديد من المجالات ، وليس من الواضح على الإطلاق كيفية الزحف للخروج من حالة التوازن هذه.

PS متفرقات

1. في غضون ذلك ، يستخدم كل من كاشفتي LIGO و Virgo ضوءًا مضغوطًا لزيادة الحساسية باستمرار!
2. LIGO ، وفي الوقت نفسه ، تراقب مرة أخرى ، الكشف عن المرشحين ل HB الأسبوعية.
3. تطبيق الإبلاغ عن الأحداث الجديد: Chirp ( متجر Google Play ومتجر التطبيقات )

وأخيرًا: إذا كنت ترغب في مشاهدة محاولاتي لمعرفة كيفية إجراء تغريد علمي ، مرحبًا بك: @ hbar_universe .