KEYNOTE VIDEO: DR. KEITH THORNE bespreekt de extreme engineering van de LIGO HARDWARE

De Laser Interferometer Gravitationele-Wave Observatory (LIGO) is een enorme installatie gemeten in kilometers die luistert voor rimpels in de ruimte-tijd. Trekken deze off is een waar gebeurd verhaal van hardware en software hacking, en we hadden het geluk om Dr. Keith Thorne duik in die details met zijn pas verschenen “Extreme Instrumenten voor extreme Astrofysica” keynote van de 2021 hackaday Remoticon hebben.

De zwaartekracht zorgt ervoor dat de ruimte-tijd om stretch – denk terug aan de schema’s je hebt gezien van een massale orb (een ster of planeet) zit op een vliegtuig met rasterlijnen op het wordt getrokken, de stof van dit vlak zijn stuk naar beneden van de massa van de orb. Als u twee grote entiteiten als zwarte gaten een baan om elkaar, ze geven gravitatiegolven. Als ze botsen en samen te voegen, creëren ze een korte maar zeer sterke trein van de golven. het bewijs van deze gebeurtenissen zijn wat LIGO zoekt.

Rai Weiss had het idee om te zoeken naar gravitatiegolven met behulp van laser interferometers in ongeveer 1967, maar de beschikbare lasertechnologie was te nieuw om de prestatie te bereiken. In een interferometer, is een laser geschoten door een bundelsplitser en één bundel reflecteert naar buiten en terug over een afstand, en wordt vervolgens gerecombineerd met de andere helft met behulp van een fotodetector om de lichtintensiteit te meten. Naarmate de afstand in het lange been verandert de relatieve fase van de lasers verschuiving en de gedetecteerde stroom zal variëren.

LIGO is niet uw desktop interferometer. Het maakt gebruik van een 5 kW laser ingang. 4 km poten van de interferometer stuiteren het licht heen en weer 1.000 keer een doeltreffende 4000 km reisafstand. Deze poten worden onder extreme vacuum gehouden en de spiegels zijn zeer stil gehouden. Het is het waard; het instrument kan meten met een nauwkeurigheid van 1 / 10.000 van de diameter van een proton!

De Hacks Dat Make LIGO Mogelijke

Keith zegt: “Er is geen ACME Interferometer bedrijf kunt u dingen kopen”. Dit is iets dat vaak over het hoofd gezien: het doen van harde wetenschap meestal impliceert brengen van nieuwe instrumenten in het leven. Hoewel het onderwerp van laser interferometery bestond al lang voor LIGO begon, de precisie van het nog nooit eerder gezien in alles wat mensen hebben opgebouwd.

Het team is met behulp van off-the-shelf computers, maar conventionele besturingssystemen missen de real-time toegang nodig is voor het snel lezen van de fotodetector waarden. De hack was om leverage multicore CPU’s, maar wijden een single core aan het maken van de lezingen. Dit werd gedaan door middel van maatwerk met de Linux-kernel.

MATLAB grafische stroom voor het configureren van LIGO
Zodra u een systeem als dit, zal ontelbare onderzoekers willen gebruiken om hun eigen onderzoek. Het team wist dat een groot aantal van deze wetenschappers waren al met behulp van MATLAB. De LIGO user-interface hack was om een MATLAB Simulink schrijven plugin die configureert het systeem. nu onderzoekers kunnen dat grafische interface gebruiken om de hardware rechtstreeks tijdens hun tijd op de machine te regelen.

Veel troubleshooting gedaan om ruis te verwijderen uit de elektronische bedieningssystemen. Een nette detail is dat ze gebruikt een dual-tone oscillator setup (960 Hz en 961 Hz) op een 1 puls per seconde timing te produceren. maar er zijn nog meer sappige details zoals hoeven LED statuslampjes verwijderen nabij de digitizer zoals ze waren injecteren interferentie wanneer ze knipperde met zijn ogen.

De machinebouw hacks zijn vrij bonkers. De laserstraal is zo krachtig, dat er een fysieke barrière is vereist om te beschermen tegen deze branden door gevoelige apparatuur. Ze bouwden een high-speed fysieke sluiter die kan slam op zijn plaats in de bundel pad en zorg ervoor dat u niet uw apparatuur bak.

Een kijkje in absoluut geweldig Equipment

We zijn zo dankbaar dat Keith voor het presenteren van dit gesprek op Remoticon. LIGO is op het snijvlak van de astrofysica, en zelfs de geekiest van ons hebben slechts een rudimentaire kennis van het werk wordt gedaan. Zijn doordachte presentatie embedded hieronder is een genot om naar te kijken, en we hopen dat het helpt ons onze ogen openen voor al het interessant werk, en enorm slimme hacks, die verder gaan op elke dag in de naam van de wetenschap.

Bronnen:

Dia’s voor dit gesprek (PDF)

Code opslagplaats voor LIGO