Das Ziehen des AUS ist eine echte Geschichte von Hardware- und Software-Hacking, und wir hatten Glück, Dr. Keith Thorne mit seinen neu veröffentlichten “Extreminstrumenten für extreme Astrophysik” aus dem 2021-Hackaday-Remotik in diese Angaben zu tauchen.
Die Schwerkraft verursacht Raumszeit, um sich zu strecken – denk an die Diagramme, die Sie von einem massiven Kugel (einem Stern oder einem Planeten) auf einer Ebene mit Gitterlinien, die darauf sitzen, mit Gitterlinien, den Gewebe dieser Ebene, die sich von der Masse abdehnen der Kugel. Wenn Sie zwei massive Entitäten mögen, wie schwarze Löcher umkreist, geben sie Gravitationswellen ab. Wenn sie kollidieren und zusammenführen, schaffen sie einen kurzen, aber sehr starken Wellenzug. Beweise für diese Ereignisse sind, wonach Ligo sucht.
Rai Weiss hatte die Idee, nach Gravitationswellen mit Laserinterferometern in etwa 1967 zu suchen, aber die verfügbare Lasertechnologie war jedoch zu neu, um die Leistung zu erreichen. In einem Interferometer wird ein Laser durch einen Strahlteiler geschossen, und ein Strahl reflektiert über einen Abstand und wird dann mit der anderen Hälfte mit einem Fotodetektor rekombiniert, um die Intensität des Lichts zu messen. Wenn sich der Abstand in den langen Bein ändert, verschieben sich die relative Phase der Laserverschiebung, und die erfasste Leistung variiert.
Ligo ist nicht Ihr Desktop-Interferometer. Es verwendet einen 5-kW-Lasereingang. Die 4 km langen Beine des Interferometers hüpfen das leichte Rückzug um 1.000 Mal für eine effektive Wanderung von 4.000 km. Diese Beine werden unter extremem Vakuum gehalten, und die Spiegel werden extrem noch gehalten. Das ist es wert; Das Instrument kann mit einer Genauigkeit von 1/10.000 der Durchmesser eines Protons messen!
Die Hacks, die Ligo ermöglichen
Keith sagt: “Es gibt keine ACME-Interferometer-Firma, von denen Sie Dinge von” kaufen können. Dies ist etwas, das oft übersehen ist: Harte Wissenschaft bedeutet typischerweise impliziert, neue Instrumente in die Existenz zu bringen. Während das Thema Laser-Interferometervometer lange vor dem Beginn von Ligo gab, hat sich die Präzision davon noch nie zuvor in irgendeiner Menschen gesehen, was er gebaut wurde.
Das Team verwendet Off-the-Regal-Computer, aber herkömmliche Betriebssysteme fehlen jedoch den Echtzeitzugriff, der erforderlich ist, um die Photodetektorwerte schnell zu lesen. Der Hack bestand darin, Multicore-CPUs zu nutzen, aber einen einzigen Kern, der die Messwerte erstellt hat. Dies wurde durch maßgeschneiderte Arbeit mit dem Linux-Kernel durchgeführt.
MATLAB Grafischer Fluss zum Konfigurieren von Ligo
Sobald Sie ein solches System haben, werden unzählige Forscher es verwenden, um ihre eigene Forschung durchzuführen. Das Team wusste, dass zahlreiche dieser Wissenschaftler bereits Matlab verwendet wurden. Der Ligo-Benutzer-Interface-Hack sollte ein Matlab Simulink-Plugin schreiben, das das System konfiguriert. Nun können Forscher diese grafische Benutzeroberfläche verwenden, um die Hardware direkt während ihrer Zeit auf der Maschine zu steuern.
Es wurde viel Fehlerbehebung durchgeführt, um Geräusche von den elektronischen Steuerungssystemen zu beseitigen. Ein ordentliches Detail war, dass sie ein zweifarbiges Oszillator-Setup (960 Hz bzw. 961 Hz) verwendet, um ein 1-Puls-pro-Sekunden-Zeitsystem herzustellen. Es gibt jedoch noch saftige Details, wie Sie die LED-Statusbeleuchtung in der Nähe des Digitalisierers entfernen müssen, da sie Interferenzen injizieren, wenn sie blinzelten.
Die Maschinenbaushacks sind ziemlich Bonkers. Der Laserstrahl ist so stark, dass eine physische Barriere erforderlich ist, um von ihm durch empfindliche Ausrüstung zu schützen. Sie bauten einen physischen Short-Shutter mit hoher Geschwindigkeit, der auf dem Balkenpfad eindringen kann, und stellen Sie sicher, dass Sie Ihre Ausrüstung nicht braten.
Ein Blick sieht absolut erstaunliche Ausrüstung an
Wir sind Keith so dankbar, dass Sie diesen Vortrag im Remoticon präsentieren. Ligo ist an der Spitze der Astrophysik, und selbst der gepfeste von uns hat nur ein rudimentäres Wissen der Arbeit, die getan wird. Seine nachdenkliche Präsentation eingebettet unten ist eine Freude anzusehen, und wir hoffen, dass es uns hilft, unsere Augen auf die gesamte interessante Arbeit zu öffnen, und enorm intelligente Hacks, die jeden Tag im Namen der Wissenschaft weitergehen.
Ressourcen:
Folien für dieses Talk (PDF)
Code-Repository für Ligo