Tijdens een conferentie over de Einstein Telescope in Aken is een nieuw softwarepakket gelanceerd voor het modelleren van laserinterferometers zoals Virgo en LIGO. Nikhef is de drijvende kracht achter dit Finesse3-pakket.
De nieuwe software is de opvolger van Finesse2, dat wereldwijd al op grote schaal wordt gebruikt om te modelleren hoe laserlicht zich gedraagt binnen het systeem van spiegels en lenzen in zwaartekrachtsgolfdetectoren. Deze software wordt zowel gebruikt om systemen te ontwerpen als om ze in de praktijk te optimaliseren.
VU-hoogleraar en Nikhef-medewerker Andreas Freise ontwikkelde de eerste versie van het programma eind jaren negentig en werkte vervolgens met een team aan de lancering en verdere ontwikkeling ervan tot versie 2. Finesse2 is op grote schaal gebruikt in de meetinstrumenten voor zwaartekrachtsgolfonderzoek. Teams van LIGO, Virgo en KAGRA hebben het pakket gebruikt.
Enkele jaren geleden besloot Freise samen met dr. Daniel Brown een geheel nieuw softwarepakket te bouwen met behulp van modernere computertechnieken en met meer samenhang en flexibiliteit. Finesse2 was geschreven in de voorheen gangbare programmeertaal C; de nieuwe versie maakt gebruik van Python, de huidige standaard in wetenschappelijk programmeren.
Het pakket modelleert laserinterferentie in een door de gebruiker configureerbaar systeem van lasers, spiegels en andere optische elementen. In de laserinterferometers van LIGO en Virgo wordt een straal gesplitst en naar twee armen met spiegels gestuurd. De terugkerende lichtgolven heffen elkaar op of versterken elkaar, afhankelijk van de afgelegde afstanden.
De interferometer meet veranderingen in afstanden met uiterste precisie. In zwaartekrachtsgolfdetectoren wordt dit gebruikt om minuscule veranderingen in de afstanden tot de spiegels te onthullen, veroorzaakt door passerende zwaartekrachtsgolven. Om de signalen te meten en te interpreteren, moeten onderzoekers een gedetailleerd optisch inzicht hebben in hun meetapparatuur. Modellering met een pakket als Finesse is hiervoor cruciaal gebleken.
Volgens Freise is de reden voor de herontwikkeling van de veelgebruikte software naar versie 3 de behoefte aan verdere professionalisering van hulpmiddelen voor instrumentmodellering, met minder ad-hoc-oplossingen en inclusief zorgvuldige documentatie. Het nieuwe pakket is open source en beschikbaar via GitLab.
“Het is ook een krachtig hulpmiddel voor onderzoekers en ingenieurs die aan andere optische vraagstukken werken”, zegt Freise.
“Het is ook aanzienlijk sneller dan versie 2 – wat betekent dat het kan worden gebruikt om de steeds complexere en subtielere optische effecten aan te pakken die de prestaties van zwaartekrachtsgolfdetectoren op de proef stellen naarmate we onze faciliteiten blijven upgraden”, zegt Anna Green, universitair docent aan de UM, medewerker van Nikhef en wetenschappelijk medeleider van het project.
De release wordt geleid vanuit Nikhef, waar het team van senior-wetenschappers wordt ondersteund door toegewijde software-ingenieurs en een aantal promovendi en postdocs. “Toegewijde ondersteuning heeft echt het verschil gemaakt bij het leveren van een stabiel product dat werkt voor onze diverse gebruikersgroep. Dankzij het hele team hebben we extra aandacht besteed aan het aanbieden van documentatie en training die toegankelijk is voor beginners,” zegt Green.
De nieuwe versie stelt bijdragers wereldwijd in staat de code uit te breiden en te verbeteren. Dit is belangrijk om nieuwe functies toe te voegen, zodat de software geschikt is voor innovaties zoals kristallijne spiegels en zeer hoog laservermogen, zoals voorgesteld voor de Einstein Telescope.
Na de release plannen Freise en zijn collega’s een reeks workshops om het gebruik van Finesse3 te promoten. “We gaan ermee op wereldtournee!”, zegt hij.
