Небольшая экскурсия в мир противоестественного проектирования нечелове

Небольшая экскурсия в мир противоестественного проектирования нечеловеческим способом. 

Есть такие гравитационные волны — колебания пространства-времени, которые вызываются движением массивных объектов в космосе. Например, это всякие столкновения чёрных дыр. 

Чтобы вообще обнаружить гравитационную волну, надо измерить расстояние между тестовыми массами. На Земле это означает, что надо обнаруживать смещения размером меньше миллиардной от размера оболочки атома. Поэтому используются световые детекторы, потому что по интерференции света можно хоть что-то увидеть. Что-то — это доли нанометров, что всё равно в десятки миллионов раз грубее, чем нужна точность. 

И тут приходят оптические резонаторы, где свет много раз отражается от зеркал, что удлиняет плечо интерферометра на 3 порядка. Повторяем ещё несколько раз — и получаем детектор. Но на практике он не работает, потому что вокруг много шумов, начиная от сейсмических колебаний и заканчивая залетевшими на огонёк молекулами газов, попадающих в лазерный луч. Поначалу получился отличный прибор для детекции проезжающих велосипедистов в километрах от установки. Дальше много лет откачивания вакуума, чтобы он стал повакуумнее — и разработки правильных демпферов с маятниками. Плюс оттачиванием точности производства каждого из компонентов. За каждым словом в этом абзаце буквально годы научных и инженерных исследований, а за всем абзацем — Нобелевка, потому что получилось. Почитать можно тут и тут.

И вот теперь прикольная работа про то, как проектировали новые интерферометры для гравитационных волн. 

Все детекторы гравитационных волн проектировались инженерами вручную, и их конструкция почти не менялась десятилетиями. Обычный детектор, очень сильно упрощая, выглядит как Г-образное устройство, где лазерный луч разделяется и идёт по двум длинным тоннелям. Гравитационная волна слегка изменяет длину этих тоннелей, что можно измерить. С трудом, как вы поняли. 

Так вот, до этого все делали такие Г-образные системы. Ну или иногда даже L-образные, в зависимости от языка учёного.

Попробовали новые:
1. Разработали софт с нейросетками, который может автоматически проектировать и тестировать миллионы различных конфигураций. 
2. Дали софту играть со всеми кусками конструктора. 
3. Нашли 50 новых конструкций.

Что нашли:
— Новую геометрию: два лазера вместо одного, необычные направления лазеров и асимметричное расположение зеркал. Плюс специфический набор светоделителей.
— В существующих детекторах логика в фильтрации сигнала в конце, внутри прибора используются относительно простые оптические пути. Тут прямо внутрь прибора напихано много фильтрующих полостей, добавлено сложное взаимодействие между резонаторами (создающее частотно-зависимую корреляцию, которая подавляет квантовый шум) и как вишенка на торте — часть света из фильтрующей полости направляется обратно в интерферометр, что создаёт вообще люто сложную обратную связь. 
— Внезапные фокусы с зеркалами разной массы. В стандартных детекторах все зеркала тяжелые (обычно от 40 до 200 кг), а в предложенных конструкциях есть комбинации тяжелых и очень легких зеркал (до 10 грамм).
— Использование сложных квантовых эффектов. В новых конструкциях используется давление света на зеркала для создания "оптических пружин", эти эффекты усиливают сигнал на три порядка раз при регистрации определенных космических событий.
— Часть этих улучшений можно внедрить в существующие установки без того, чтобы строить с нуля 
— Точность даст примерно в 50 раз больший объём наблюдений. Можно фиксировать гравитационные волны от сверхновых (раньше было нельзя). И детальнее изучать слияния нейтронных звезд + смотреть на ранние чёрные дыры.

Многие вещи было тяжело скомбинировать вместе и учесть взаимные эффекты, а многие вещи рассматривались не с той стороны — например, давление света считалось источником шума, который нужно минимизировать, а не использовать как резонатор.

Новые конфигурации настолько неинтуитивны, что неотличимы от технологий Верхнего края, предназначенных для развёртывания в Медленной зоне.

-- 
Вступайте в ряды Фурье! Сходимость гарантирована!