Observatorium Gelombang Gravitasi Interferometer Laser, atau Ligo, telah memenangkan Hadiah Nobel kepada para peneliti-dan sekarang kecerdasan buatan siap untuk mengambil pencarian Ligo untuk tabrakan kosmik ke tingkat berikutnya.
Google DeepMind dan tim LIGO mengatakan mereka telah mengembangkan alat AI yang disebut dalam pembentukan loop yang telah terbukti meningkatkan kemampuan observatorium untuk melacak gelombang gravitasi-riak samar di jalinan ruangwaktu yang dilemparkan oleh hancur yang melibatkan lubang hitam dan bintang neutron besar.
Para peneliti menggambarkan teknik dalam studi bukti konsep yang diterbitkan hari ini oleh jurnal Science. Mereka berharap untuk menjadikan loop mendalam bagian dari operasi rutin di detektor Ligo di Louisiana dan di situs nuklir Hanford di Negara Bagian Washington.
“Pembentukan loop yang dalam bersifat revolusioner, karena mampu mengurangi tingkat kebisingan dalam loop umpan balik yang paling tidak stabil dan paling sulit di LIGO,” kata penulis utama Jonas Buchli, seorang ilmuwan riset di Google DeepMind, kepada wartawan.
Keberadaan gelombang gravitasi diprediksi oleh Albert Einstein seabad yang lalu, tetapi mereka pertama kali diamati secara langsung pada tahun 2015, menggunakan interferometer Ligo-kembar sepanjang 2,5 mil. Prestasi itu diakui dengan Hadiah Nobel dalam Fisika pada tahun 2017. Sejak itu, tim LIGO telah bekerja untuk meningkatkan sensitivitas detektor, tetapi itu bukan tugas yang mudah.
Sistem cermin LIGO dan balok laser presisi harus mendaftarkan warps ruangwakan yang berjumlah hanya satu-10.000 lebar proton. Pada tingkat sensitivitas itu, gangguan dari gempa bumi yang jauh dan gelombang laut dapat menggerogoti cermin cukup untuk membuat perbedaan dalam apa yang terdaftar oleh detektor.
Para peneliti mengembangkan teknik canggih-termasuk beberapa yang mengandalkan AI-untuk menjaga cermin 88 pon tetap dan membatalkan “kebisingan” dari gangguan tersebut. Tetapi mengkompensasi kebisingan itu memperkenalkan gangguan yang berbeda.
“Masalah tersulit adalah, bagaimana Anda menjaga semuanya tetap tanpa mengganggu pengukuran Anda?” kata Rana Adhikari, anggota tim LIGO di Caltech. “‘Mengontrol kebisingan’ itu telah membingungkan kami selama beberapa dekade dan dekade.”
Adhikari membandingkan masalah dengan mencoba memegang cermin dengan tangan telanjang Anda. “Jika Anda mencoba untuk tetap diam, tangan Anda mulai bergetar karena Anda memegangnya dengan erat,” katanya. “Metode ini menghilangkan guncangan.”
Insinyur Google bekerja dengan para ilmuwan LIGO untuk mengembangkan perangkat lunak yang dilatih pada pembacaan gelombang gravitasi yang disimulasikan, menggunakan proses yang dikenal sebagai pembelajaran penguatan.
“Pada dasarnya, mereka menjalankan lusinan ligo simulasi secara paralel,” kata Adhikari dalam rilis berita. “Anda dapat menganggap pelatihan sebagai bermain game. Anda mendapatkan poin untuk mengurangi kebisingan, dan berantakan untuk meningkatkannya. ‘Pemain’ yang sukses terus mencoba memenangkan permainan Ligo. Hasilnya indah – algoritma bekerja untuk menekan kebisingan cermin.”
Hasil tes bukti-konsep, berdasarkan data LIGO senilai satu jam dari detektor di Louisiana, menunjukkan bahwa pembentukan loop yang dalam dapat menenangkan gerakan cermin 30 hingga 100 kali lebih baik daripada metode pengurangan kebisingan tradisional saja.
Rekan penulis studi Jan Harms, seorang profesor di Gran Sasso Science Institute Italia, mengatakan teknik itu bisa membuka perbatasan baru dalam astronomi.
“Kami benar-benar bersemangat tentang potensi untuk memajukan ilmu gelombang gravitasi dengan pembentukan loop yang dalam,” katanya. “Lebih khusus lagi, apa yang sekarang dapat kita lakukan adalah membuka pita frekuensi baru untuk pengamatan gelombang gravitasi, menuju ujung frekuensi rendah.”
Harms mengatakan peluang itu analog untuk memperluas jangkauan teleskop untuk mengambil inframerah atau sinar-X serta panjang gelombang optik. Dengan sensitivitas yang lebih besar pada frekuensi yang lebih rendah, LIGO dapat melakukan pekerjaan yang lebih baik dalam mendeteksi tabrakan bintang neutron atau biner lubang hitam massa menengah. Ligo juga bisa memberikan lebih banyak peringatan di muka tentang tabrakan kosmik yang akan terjadi.
“Apa yang dapat Anda lakukan adalah peringatan pra-merger, sehingga Anda dapat memberi tahu orang-orang [that] Satu menit dari sekarang, dua bintang neutron akan bergabung, “kata Harms.” Dan kemudian, jika Anda memiliki cukup detektor online, Anda bahkan dapat menunjuk ke tambalan tertentu di langit dan memberi tahu mereka, ‘Lihatlah di sana dan tunggu.’ “
Dengan semua pembicaraan tentang halusinasi AI, haruskah orang khawatir bahwa pembentukan loop yang dalam dapat menghasilkan data palsu? “Saya pikir pertanyaan ‘Apakah akan berperilaku buruk setelah berjalan setahun’ adalah pertanyaan yang sah, tetapi kami juga khawatir tentang hal itu untuk metode klasik kami, dan kami memantau semua hal ini,” kata Adhikari.
“Ini adalah area baru bagi kami, jadi saya pikir kita akan belajar seiring berjalannya waktu, dan kita akan mengembangkan metode untuk memveto segala jenis kelakuan buruk, tidak hanya dari sistem ini, tetapi bahkan sistem klasik kita yang kadang -kadang berperilaku buruk,” katanya.
Pada fase selanjutnya dari peluncuran, tim Ligo berencana untuk membuat loop mendalam melalui uji yang lebih lama yang bisa berlangsung selama berhari-hari atau berminggu-minggu-di Louisiana, di Hanford dan akhirnya di Ligo-India. “Minggu ini adalah waktu ketika kita akan mulai melakukan diskusi itu,” kata Adhikari.
Pembentukan loop yang dalam, dan program-program seperti itu, bisa menjadi bagian dari toolkit teknik standar-tidak hanya untuk detektor gelombang gravitasi, tetapi juga untuk aplikasi lain di mana komponen harus dikendalikan dengan presisi tinggi. “Ini tentang aplikasi dalam ruang angkasa, misalnya,” kata Harms. “Navigasi atau Manufaktur, atau umumnya pengurangan kebisingan dalam sistem, atau juga teknik sipil.”
Teknologi ini bahkan mungkin menemukan jalan ke headphone peredam kebisingan. Dan Buchli mengatakan mungkin masih ada aplikasi lain yang belum dipikirkan oleh para insinyur.
“Saya pikir begitu kami mengirim ini, semoga beberapa orang lebih berpikir, ‘Oh, sebenarnya, ya, saya memiliki masalah kontrol yang sangat keras ini. Saya pikir saya akan mencobanya,’” katanya.
Buchli, Adhikari dan Harms adalah di antara 30 penulis Studi Sains, “Meningkatkan Jangkauan Kosmologis Observatorium Gelombang Gravitasi Menggunakan Pembentukan Loop Dalam.”
