我如何在《自然》杂志上发表科学文章

两年前，我翻阅一本旧笔记本进行计算时，偶然发现了一个方程式中的一个明显错误。 由于完全恐惧-这个方程式在一个月前在科学杂志上发表-他放弃了一切，开始紧急地重新进行计算。 错误并没有消失。



该错误如何变成有关科学进步和尝试在《自然》杂志上进行所有冒险的功能。 剧透： 几乎解决了。

一切如何开始

我会从远处开始。 我是一名毕业于物理学的物理学家，他在汉堡大学从事应用于量子光学的重力波探测器的研究。 有一天，我的主管打给我，说：“所以他们说，他们在一份期刊上给我提供了客座出版物，但是现在没有结果。 截止日期为三周。 您有任何想法吗？”“有想法，我们紧急计算并在三周内写了一篇文章 。 在将其进行审查之后，并在马拉松比赛后呼出一口气后，我承诺进行检查，但是我们发现了什么。

在这里，我们必须作题外话，并谈谈物理学。 在自然界中，经常会发生共振现象。 当您摆锤并以一定频率（共振）对其施加作用时，摆锤突然开始以增加的振幅振荡。 好吧，或者是一个经典的例子：当士兵在上面行走时，一座桥梁倒塌了。

因此，这种振荡的共振放大在一个频率处达到最大值，并且在其附近的频率处平滑减小。 增益大的频率范围称为带宽。 在重力波（GW）检测器中，光学谐振器用于放大信号（和激光功率）。

在本文中，我们考虑了GW检测器内部的非线性晶体对反射镜动力学的影响。 顺带一提，他们考虑了检测器带宽（方程式的意义并不重要，仅在此处进行说明）：

$$

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

我凝视着这个方程式，然后冒出冷汗：通过参数的某种组合，分母消失了，条带的宽度变得无限大。

想象一下：一个谐振器，可以放大任何频率的信号！ 梦想！ 但是很可能是一个错误，这绝对是毫无价值的-该文章已经在印刷中。 我开始寻找此错误，逐步检查计算结果，但找不到。 我在写给合著者的信中，他确认似乎是事实，但绝对的奥秘是如何以及为什么。 应当注意，带宽无限的检测器是GV检测器的圣杯。 事实是，谐振器具有一种令人不快的特性：它们会放大谐振附近的信号，而在谐振外部（高频时）会明显抑制该信号。


中子星聚变信号的图示：在高频（接近聚变时刻），该信号被谐振器抑制，几乎无法被噪声区分。

在高频下，信号会在噪声中丢失。 那里的信号非常有趣：例如，电流探测器无法捕获中子星聚变的那一刻-它的频率太高而淹没了噪音。 合并后，新形成的中子星（或黑洞）也可能振荡，并且在该信号中可以隐藏偏离GR或量子引力的证据。 每个人都希望看到这些事件。


GW检测器的特征灵敏度曲线（越小越好）。 在较高的聊天时，曲线会上升：由于谐振器的带宽，信号会在噪声中损失。

寻找宽带检测器跨越了数十年。 已经发表了许多文章，这些文章随后被成功驳斥。 近年来，出现了一些巧妙的想法，但是这些想法要求技术远远超出当前正在实施的技术。 这就是运气-光学的标准技术可以达到预期的效果。 还是不是？

我拿着飞机票，急忙飞到加州理工学院的合著者那里（这是去美国的签证），以了解。 美国运作模式有一个半星期（从上午9点到晚上10点，每周7天-精疲力尽），我们仍然意识到那里的方程式到底发生了什么。

关于物理学的一点

在这一部分中，我将讨论效果的来源。 对于那些想要阅读出版历史的延续而又不乏乏味细节的人-出于良知，请继续阅读下一部分。

在GV检测器中，科学家通过各种方式努力应对许多不同的噪声（ 这是有关此的文章 ）。 最基本的方法之一是量子噪声。 量子噪声以不同方式影响低频和高频下的灵敏度。 在低的量子波动下，激光振幅会推动反射镜，并导致随机运动，从而干扰信号的配准。 在高频下，检测的散粒噪声（光子以随机延迟到达光电二极管）。 在上一篇文章中，我更详细地介绍了量子噪声以及使用压缩光处理量子噪声的方法。

有两种方法可以放大关于噪声的信号：可以使用具有更高Q因子的谐振器（可以放大信号和光功率），也可以使用压缩光。

谐振器已经在使用中，但是，正如我在上文所述，谐振器对光的放大程度越大，检测器的带宽就越低。 理想情况下，您需要增加检测器带宽而不牺牲低频灵敏度。 检测器中到处都使用压缩光，但是它不允许增加带宽-它会增加高频下的灵敏度。 更糟糕的是，压缩会降低低灵敏度（请参阅此处 ）。 理想情况下，您希望低频至少保持同样的灵敏度。

在我们的新工作中，我们使用检测器本身的谐振器仅在高频下产生压缩。 重力波检测器由许多耦合谐振器组成。 臂中的谐振器放大光的功率，并进一步放大带宽内的信号。 有一个谐振器，用于额外地放大光的功率（功率回收），还有一个单独的谐振器，用于放大信号（信号提取）。 我们将专注于后者。 该谐振器由两个反射镜组成：一个在干涉仪的出口处，另一个在谐振器的肩上。

干涉仪设置的一个特征是，在中央分束器的出口（称为“暗端口”）通常不存在任何光线。 在信号谐振器中仅存在真空波动。 结果，我们可以将检测器想象为两个耦合的谐振器：


这样的表示对于计算量子噪声是有用的。 通常，前两个镜子被一个有效的镜子所取代-正是在这一刻，我们发现了有趣的特性。 如果我们考虑这些耦合的谐振器，我们会得到意想不到的结果（对于习惯了标准计算的人来说，结果是这样）。

像其他振荡器一样，耦合谐振器具有有趣的跳动特性：


如果在一个振荡器中激发振荡，则它们之间的能量将循环传输，并且将交替振荡。 如果在一个振荡器上施加外力，则在选择了某种相位后，所有能量将转移到第二个振荡器，而第一个振荡器将保持静止！ 这是我们在工作中使用的属性。

如果您以某种方式调整上图中两个耦合的谐振器的谐振，当向信号谐振器施加光（或真空场波动）时，所有能量将流到肩the腔，并且信号的振幅将保持为零！ 听起来很奇怪，但必须对此产生干扰：由于谐振器之间的耦合，离开肩cavity腔的波的幅度恰好补偿了信号谐振器内部的光的幅度。 而且他实质上处于反共振状态。

如果更改所施加光的频率，则信号谐振器将更多地谐振，而肩部会产生反谐振。



现在的主要诀窍是：如果在信号谐振器中放置一个非线性晶体以产生压缩光 ，则对于低频它不会产生压缩（信号谐振器处于反谐振状态，那里没有磁场！）。



信号频率越高，压缩越多。 通常，由于谐振器带宽而导致的信号抑制将通过噪声压缩得到精确补偿，因此信噪比将保持不变！ 结果，检测器的带宽增加。



应该注意的是，我们当然没有得到无限的带宽。 事实证明，对于这种特殊情况，我们使用的近似值（计算标准）并不完全准确。 尽管带的宽度确实变大了，但仍然保持有限。 最好的部分是，这种方法不会影响低频噪声，同时又能保持较高的灵敏度（并允许使用其他量子小工具来减少低频噪声）。

这对检测有何帮助？ 让我们再次转到上面的GV信号示例。 现在，在高频下，我们可以压缩噪声并再次看到信号！



我们计算出，对于爱因斯坦望远镜这样的下一代探测器，每年看到中子星聚变瞬间的概率小于9％（对于某些类型的中子星）。 根据我们的想法，这种可能性取决于光学器件的质量，可以增加到75％，甚至100％。 在此问题上的主要困难是实现足够好的光学质量，这是相当困难的。

我的文章和其他动物

当我从美国回来时，我已经掌握了所有主要结果，并掌握了40页的文字。 有了这个，我去了科学老师，因为是时候决定将文章提交到哪个期刊了。

科学家看完了这一切，然后说-但是我们应该尝试科学吗？

重要的是要了解，学术职位的不健康市场主要取决于被高引用期刊的文章数量。 如果您想在一个好的研究所中获得永久职位，请在《科学》，《自然》和有关期刊上发表。 this，这是无可避免的。 但是我必须说，这些期刊要求对文本采用非常特殊的方法-必须进行撰写，以使非物理学家可以轻松理解大部分文本。 就是说，文字和图片完美地打磨了。 在接下来的三个月中，我撰写并重写了该文本，其中包含从草稿的40页到所需的四页的所有信息。

现在，2018年12月，该文本经过验证，经过许多合著者多次，我按下了提交按钮，在《科学》杂志网站上填写了一百万种不同的表格。 两周的痛苦期望和...

感谢您将手稿“文章标题”提交给Science。 由于在初步筛选过程中您的手稿没有得到足够高的优先等级，因此我们决定不进行深入审核。 总体观点是，尽管您的论文将对该领域引起极大兴趣，但就总体利益而言，它并不是最具竞争力的论文之一。

悲伤 但是总的来说，如果成功了，那将是令人惊讶的。 没有什么能实现真正的目标-自然物理学，这是专门研究物理学的领域，并且最近对引力波产生了浓厚的兴趣。 根据他们的要求重新制作了一周的文本，另外一百万张表格，“提交”按钮，两周的折磨，以及...

感谢您提交标题为“文章标题”的手稿。...很抱歉，我们无法提供您的论文在我们的期刊上发表。
...
我们认为，该手稿将在发表更专业研究的期刊中找到更合适的出路，在此值得大家赞赏。

真烦人 尤其是因为其他杂志更简单地要求使用不同的文字样式。 这意味着所有经过验证的提案和三个月的工作都毫无价值。

我们尝试使用Physical Review X-您可以在其中保留样式（另一周的工作）：

我们认为，该论文将更好地刊登在专门从事GW探测的量子光学或仪器开发的期刊上。

同时，自首次提交以来已经过去了4个月。 无需执行任何操作-您需要遵循建议，并寻找更合适的杂志。 幸运的是，同一本《自然》杂志出版了许多优秀的主题杂志：《自然光子学》，《自然通讯》等。此刻，我正在寻找从提交到出版这些杂志的标准时间，我很沮丧地看到6-12个月的价值。 但是这篇文章已经涉及很多人，我想尽快发表它并开始新的项目。

选择取决于《光：科学与应用》，这也是《自然》杂志的一本。 额外的好处是-手稿不需要重做，您可以直接从先前与《自然物理学》的尝试中转移过来。

十分钟填写表格，“提交”！ 一个星期过去了，第二，第三，他们什么也没听到。 这是一个好兆头-这意味着该杂志的编辑并没有立即拒绝它，而是将其送交审查！ 大约三个月后，评论来了。 一个积极的或多或少的一个消极的（审稿人根本不了解任何内容）：

经过认真的同行评审，我想建议对您的手稿进行重大修改。 您的稿件可能会被发送给当前的审稿人，也可能会发送给一个或多个其他新审稿人，以征求进一步的意见和建议，然后再对可能的出版物做出最终决定。

编辑文本并写出答案需要两个星期，还要等待三个星期，有两个新评论，一个是肯定的，一个需要从ext添加两页。 正文中的材料，实质上是重写文章。 经过一个月与审阅者的争执，案文从他顽强的手中几乎保持不变（胜利！），最后是令人垂涎的信：

我很高兴地通知您，在收到下面的表格和任何小的修订之前，您的上述手稿将被接受在《光明：科学与应用》上发表。

然后，发布例程开始。 从LaTeX转换为Word（您好，20世纪），进行编辑，对帐，校对，新编辑，再次校对。 支付3.5k的出版费（但可免费使用！）。 写一个流行的评论，做插图。一般来说，一个月半的磨难。

现在，在提交一年后，也就是开始工作将近两年之后，这篇文章以一个引人入胜的网址“ nature.com”开始了（好吧，让它成为一家附属杂志并在中国出版）： https：// www。 nature.com/articles/s41377-019-0230-2 。 您可以在EurekAlert上阅读其他新闻稿！

问题仍然存在：为什么要这样呢？..在简历中是否有一条线把所有这些乱七八糟的时间和大量的时间花在写作上而不是在实际科学上？ 无论多么荒谬，但在现代学术劳动力市场中-似乎是的。

结论

现代科学感染了出版或灭亡病毒。 科学家没有发布结果，而是被迫通过以最有利的方式展示结果，从而将其“出售”给“酷”期刊来完善他们的工作。 这一切都损害了结果表示的客观性，在撰写本文的过程中，我充分体验了这一点。 有时，似乎有些不准确不会发挥任何作用，但有助于将文章推高。 我希望我设法压制了这些愿望，而这种不准确的现象并没有渗入文本。 但是该过程本身会令人难以置信的破坏。

更糟糕的是-我们正在为进入自然而战，自然然后为了提​​供对文章的访问而撕毁了巨额资金。 由于这些原因，贫穷的机构无法阅读最先进的研究报告（感谢Sci-hub消除了障碍）。 科学在许多领域都停滞不前，而且还不清楚如何摆脱这种平衡状态。

PS杂项

1. 同时，LIGO和处女座探测器都使用量子压缩光来不断提高灵敏度！
2. 同时，LIGO再次进行观察，每周检测一次HB候选者 。
3. 新事件报告应用程序 ：Chirp（ Google Play和App Store ）

最后，如果您想观看我试图弄清楚如何进行科学推特的尝试，欢迎： @hbar_universe 。