Vidéo Keynote: Dr. Keith Thorne discute de l’extrême ingénierie du matériel de ligo

L’observatoire d’onde gravitationnelle d’interféromètre laser (LIGO) est une installation énorme mesurée en kilomètres qui écoute pour les rides dans l’espace-temps. Tirer ceci est une histoire vraie de matériel matériel et logiciel, et nous avons eu de la chance d’avoir le Dr Keith Thorne plonger dans ces détails avec ses «instruments extrêmes d’astrophysique extrêmes» publiés à partir du 2021 Hackaday Remoticon.

La gravité provoque l’espace-temps pour s’étirer – repensez-vous aux diagrammes que vous avez vus d’une orbe massive (une étoile ou une planète) assis sur un plan avec des lignes de grille dessinées dessus, le tissu de cet avion étant étiré à la masse de la masse de l’orbe. Si vous avez deux entités massives comme des trous noirs se créant, ils dégagent des vagues gravitationnelles. Quand ils entrent en collision et fusionnent, ils créent un train brève mais très fort des vagues. La preuve de ces événements est ce que Ligo recherche.

RAI WEISS a eu l’idée de rechercher des ondes gravitationnelles utilisant des interféromètres au laser vers 1967, mais la technologie laser disponible était trop nouvelle pour accomplir l’exploit. Dans un interféromètre, un laser est tiré à travers un séparateur de faisceau et un faisceau se reflète sur une distance, puis recombinés avec l’autre moitié à l’aide d’un photodétecteur pour mesurer l’intensité de la lumière. Au fur et à mesure que la distance dans les changements de la jambe longue, la phase relative du décalage des lasers et la puissance détectée variera.

Ligo n’est pas votre interféromètre de bureau. Il utilise une entrée laser de 5 kW. Les jambes de 4 km de l’interféromètre font rebondir la lumière 1 000 fois pour une distance de voyage efficace de 4 000 km. Ces jambes sont maintenues sous vide extrême et les miroirs sont retenus extrêmement immobiles. Ça en vaut la peine; L’instrument peut mesurer à une précision de 1/10 000 diamètre d’un proton!

Les hacks qui font de Ligo possible

Keith dit “Il n’y a pas d’entreprise d’interféromètres ACME, vous pouvez acheter des choses”. C’est quelque chose qui est souvent négligé: faire des sciences difficiles implique généralement de porter de nouveaux instruments dans l’existence. Bien que le sujet de l’interférométrie au laser existait longtemps avant le début de Ligo, la précision de celle-ci n’a jamais été observée dans tout ce qui a été construit.

L’équipe utilise des ordinateurs hors tension, mais les systèmes d’exploitation conventionnels n’ont pas l’accès en temps réel nécessaire pour la lecture rapide des valeurs de photodétecteur. Le piratage était d’exploiter des processeurs multicœurs mais de consacrer un seul noyau pour faire les lectures. Cela a été fait par le travail personnalisé avec le noyau Linux.

MATLAB Flux graphique pour la configuration de Ligo
Une fois que vous avez un système comme celui-ci, d’innombrables chercheurs voudront l’utiliser pour mener leurs propres recherches. L’équipe savait que de nombreux scientifiques utilisaient déjà Matlab. Le piratage d’interface utilisateur de Ligo devait écrire un plug-in Matlab Simulink qui configure le système. Les chercheurs peuvent maintenant utiliser cette interface graphique pour contrôler directement le matériel pendant leur temps sur la machine.

Beaucoup de dépannage a été fait pour éliminer le bruit des systèmes de contrôle électroniques. Un détail soigné était qu’ils utilisaient une configuration d’oscillateur à double tonalité (960 Hz et 961 Hz) pour produire un système de synchronisation à 1 impulsion par seconde. Mais il y a encore plus de détails juteux comme nécessitant des lumières d’état LED près du numériseur, car ils injectaient des interférences lorsqu’ils clignotent.

Les hacks d’ingénierie mécanique sont de jolis bonkers. Le faisceau laser est si puissant, qu’une barrière physique est nécessaire pour protéger la combustion de l’équipement délicat. Ils ont construit un obturateur physique à grande vitesse capable de se mettre en place dans le chemin du faisceau et de ne pas frire votre équipement.

Un look intérieur sur un équipement absolument incroyable

Nous sommes tellement reconnaissants à Keith pour avoir présenté cette conversation à Remoticon. Ligo est à la pointe de l’astrophysique et même le plus geekest d’entre nous n’a qu’une connaissance rudimentaire du travail en cours. Sa présentation réfléchie intégrée ci-dessous est un plaisir de regarder, et nous espérons que cela nous aide à ouvrir nos yeux à tous les travaux intéressants et à des hacks extrêmement intelligents, qui vont tous les jours au nom de la science.

Ressources:

Diapositives pour cette conversation (PDF)

Référentiel de code pour ligo