Video principal: el Dr. Keith Thorne explica la ingeniería extrema del hardware de League

El Observatorio Láser de Interferómetro de Ondas Gravitacionales (LIGO) es una enorme instalación medida en kilómetros que escucha las arrugas en el espacio-tiempo. Sacar esto es una historia real sobre la piratería de hardware y software, y tuvimos la suerte de que el Dr. Keith Thorne se sumergiera en esos detalles con su nota recientemente publicada "Instrumentos extremos para astrofísica extrema" del La-Tecnologia Remoticon de 2021.

La gravedad hace que el espacio-tiempo se extienda; piense en los diagramas que vio de un globo masivo (estrella o planeta) sentado en un plano con líneas de cuadrícula dibujadas en él, la estructura de ese plano extendiéndose hacia abajo desde la masa del orbe. Si tiene dos entidades masivas como agujeros negros orbitando entre sí, emiten ondas gravitacionales. Cuando chocan y se fusionan, crean un tren de olas corto pero poderoso. Las indicaciones para estos eventos son lo que busca LIGO.

Rai Weiss tuvo la idea de buscar ondas gravitacionales utilizando interferómetros láser alrededor de 1967, pero la tecnología láser disponible era demasiado nueva para lograr la hazaña. En un interferómetro, se dispara un láser a través de un divisor de radio y un rayo se refleja hacia afuera y hacia atrás a lo largo de una distancia, y luego se recombina con la otra mitad usando un fotodetector para medir la intensidad de la luz. A medida que cambia la distancia en el tramo largo, la fase relativa de los láseres cambia y la potencia detectada variará.

LINK no es su interferómetro de escritorio. Utiliza una entrada láser de 5 kW. Las patas de 4 kilómetros del interferómetro hacen rebotar la luz de un lado a otro 1.000 veces para una distancia efectiva de viaje de 4.000 km. Estas piernas se mantienen bajo un vacío extremo y los espejos se mantienen excepcionalmente estacionarios. Vale la pena; ¡el instrumento puede medir el diámetro de un protón con una precisión de 1 / 10,000!

Los trucos que hacen posible un ENLACE

Keith dice: "No existe una empresa de interferómetros ACME a la que se puedan realizar pedidos". Esto es algo que a menudo se pasa por alto: dificultar la ciencia generalmente significa crear nuevos instrumentos. Si bien el tema de un interferómetro láser existía mucho antes de que comenzara LINK, nunca antes se había visto su precisión en nada construido por humanos.

El equipo usa computadoras comunes, pero los sistemas operativos tradicionales carecen del acceso en tiempo real necesario para leer rápidamente los valores de un fotodetector. El truco consistió en utilizar CPU de varios núcleos pero dedicar un solo núcleo para realizar las lecturas. Esto se hizo mediante un trabajo personalizado con el kernel de Linux.

Flujo gráfico de MATLAB para establecer LINK

Una vez que tenga un sistema de este tipo, innumerables investigadores querrán usarlo para hacer su propia investigación. El equipo sabía que muchos de estos científicos ya habían utilizado MATLAB. La interfaz de usuario de LIGO fue escribir un complemento MATLAB Simulink que configura el sistema. Ahora los investigadores pueden usar esa interfaz gráfica para controlar el hardware directamente durante su tiempo en la máquina.

Se ha trabajado mucho en la resolución de problemas para eliminar el ruido de los sistemas de control electrónico. Un buen detalle fue que utilizaron una configuración de oscilador de dos tonos (960 Hz y 961 Hz) para producir un sistema de temporización de 1 pulso por segundo. Pero hay detalles más jugosos como tener que quitar las luces LED de estado cerca del digitalizador mientras se inyectan interferencias cuando parpadean.

Los trucos de ingeniería mecánica son bastante locos. El rayo láser es tan poderoso que se necesita una barrera física para evitar que se queme a través de equipos delicados. Han construido un obturador físico de alta velocidad que puede encajar en su lugar en la trayectoria del haz y asegurarse de que no fríe su equipo.

Una mirada interior a un equipo absolutamente increíble

Muchas gracias a Keith por presentar esta charla en Remoticon. LIGO está a la vanguardia de la astrofísica, e incluso los más frikis de nosotros solo tenemos un conocimiento rudimentario del trabajo realizado. Es un placer ver su cuidada presentación incrustada a continuación, y esperamos que nos ayude a abrir los ojos a todo el trabajo interesante y a los trucos extremadamente inteligentes que tienen lugar todos los días en nombre de la ciencia.

Recursos:

  • Imágenes de esta charla (PDF)
  • Repositorio de CÓDIGO para LINK
Alana Herrero
Alana Herrero

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