A Cascina l’impianto nato dalla collaborazione tra Italia e Francia
14febbraio 2016 da Ognisette di febbraio 2011, foto da virgo-gw.eu
Dopo l’importante notizia sulla rilevazione delle onde elettromagnetiche, ci pare interessante riproporre una interessante intervista che risale al febbraio del 2011, postata su “Ognisette” e di cui, ovviamente ne consigliamo una attenta lettura
Nota introduttiva:
A Pisa c’è uno degli strumenti di misura più importanti al mondo nel campo delle onde gravitazionali “VIRGO”. Si tratta di un progetto nato da una collaborazione tra fisici francesi (CNRS) e fisici italiani (INFN – istituto nazionale di fisica nucleare HYPERLINK “http://www.infn.it/“www.infn.it) per la realizzazione di un interferometro con bracci di 3 km per la rivelazione delle onde gravitazionali.
L’impianto è situato in territorio di Cascina (http://www.ego-gw.it/ e https://wwwcascina.virgo.infn.it/). Lo si può visitare il sabato mattina con accompagnamento, previo accordo. VIRGO si propone di rivelare il passaggio delle onde gravitazionali misurando i piccoli effetti da essa indotti su un interferometro i cui specchi sono sospesi come pendoli.
E’ infatti previsto che un’onda gravitazionale causi l’allungamento di un braccio dell’interferometro ed il contemporaneo accorciamento dell’altro, inducendo l’effetto opposto mezzo ciclo dopo. Rispetto ad altri rivelatori, VIRGO cerca di estendere il limite inferiore della banda di rivelazione fino a pochi Hz. Questo risultato sarà raggiunto grazie ad uno speciale sistema di sospensione degli specchi realizzato per ridurre fortemente la trasmissione delle vibrazioni sismiche.
La costruzione è terminata nel 2003 ed ora l’interferometro è nella fase di commissioning. Il commissioning è la fase di installazione e start-up di una fornitura tecnica e di verifica che essa sia conforme alle specifiche. Le onde si pensa siano prodotte dalle masse in movimento, si usa fare il paragone con quelle generate da un tappo di sughero che oscilla in uno stagno tranquillo.
Nonostante i modelli teorici siano molto incerti, si può prevedere che alcuni eventi per anno siano rivelabili. Inoltre, l’estensione della banda di rivelazione fino a pochi Hz dovrebbe consentire a VIRGO di rivelare alcuni segnali periodici emessi da stelle di Neutroni. Le principali attività del gruppo riguardano la realizzazione dei sistemi di sospensione degli specchi, il sistema da vuoto, l’analisi dei dati e l’elettronica per il controllo dell’interferometro.
Bianca Morelli ne parla con l’ideatore, il fisico Adalberto Giazotto:
D: Che cosa è Virgo?
R. «Virgo è un rivelatore di onde gravitazionali (OG). Le OG sono onde analoghe alle onde elettromagnetiche (OE) che sono emesse da cariche elettriche accelerate; Einstein ha fatto vedere tramite la sua Teoria della Relatività Generale (TRG), che masse accelerate emettono OG. Esse sono perturbazioni dello spazio-tempo che viaggiano alla velocità della luce, come le OE. L’esistenza delle OG è stata dimostrata da Taylor ed Hulse che per questa dimostrazione hanno vinto il Nobel nel 1993; essi hanno osservato un sistema binario di 2 stelle di neutroni che ruotano l’una attorno all’altra; quindi le 2 masse sono sottoposte ad una accelerazione centrifuga enorme e di conseguenza perdono energia per emissione di OG.
L’accordo del rate di perdita di energia del sistema binario con le previsioni della TRG sono impressionanti. Quindi le OG esistono, cosa che quando uscì la TRG non era ovvio. La fisica moderna considera la rivelazione delle OG come un evento epocale nella storia della conoscenza in quanto con essa inizia un nuovo modo per osservare l’universo ed in particolare esse sono l’unico mezzo per conoscere cosa è successo durante il Big Bang fino al tempo di Planck (10-43 s dal tempo zero)».
D: Quando è nato il progetto?
R: «E’ nato dalla mia fissazione di voler creare un rivelatore che potesse avere una banda di frequenza estremamente larga e che potesse scendere fino a pochi Hz dove le stelle di neutroni ruotanti potrebbero emettere onde gravitazionali monocromatiche di bassa frequenza. Infatti Virgo, grazie alla sperimentazioni fatte dal mio gruppo all INFN di Pisa, quando la sede INFN stava ancora a S. Piero a Grado, è l’unico rivelatore di OG esistente che possa scendere fino a pochi Hz.
Nel 1984 al congresso di TRG “Marcel Grossmann” che si teneva presso la facoltà di fisica dell’Università di Roma, ho incontrato Alain Brillet del CNRS, ottico e laserista di gran classe francese e li, camminando attorno alla fontana della Minerva, abbiamo deciso di collaborare per progettare e proporre all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) ed al Comitè National de Recherches Scientifiques (CNRS) francese, la costruzione di un enorme interferometro per la rivelazione delle OG dotato dei dispositivi che gli avrebbero permesso di esplorare fino a pochi Hz. Così è nata la proposta di costruire Virgo con cavità ottiche di 3 km (la sensibilità di questi rivelatori è proporzionale alla lunghezza delle cavità ottiche); si tenga presente che gli interferometri esistenti allora avevano lunghezza di 30 m, quindi il salto tecnologico era grandissimo. A partire dal 1984 vi fu un continuo di esami scientifici, tecnologici e finanziari da parte di commissioni scientifiche nazionali ed internazionali nominate dall’ INFN e dal CNRS e finalmente nel 1994 venne l’approvazione definitiva del progetto. Poteva così iniziare la costruzione di questo “mostro”.
D: Quanti istituti di ricerca sono parte di questo lavoro?
R: «INFN e CNRS i due pricipali, successivamente Nikef olandese, il Polish Academy of Sciences ed il Research Institute for Particle and Nuclear Physics of the Hungarian Academy of Sciences.
D: Chi ha realizzato materialmente l’opera?
R: «L’opera era sotto la responsabilità di Brillet e mia; io sono stato Project Leader (PL) per circa 9 anni fino alla inaugurazione nel luglio 2003 e poi Spokesman del Progetto per altri 3 anni. La regola nei grandi progetti di fisica è che durante la costruzione vi è un PL che è anche il responsabile scientifico (in america si chiama PI, principal investigator), aiutato da un Technical Manager (TM). Per il nostro progetto il TM era Daniel Enard, bravissimo e purtroppo mancato 2 anni fa. Virgo era stato approvato 1994 come “Progetto Speciale” e cioè come progetto “fiore all’occhiello” del Ministero della Ricerca».
D: Quali sono prospettive?
R: «Dopo aver superato i target scientifici di sensibilità che ci eravamo proposti, nell’intervallo temporale 2003-2010, nel 2010 Virgo ha avuto la approvazione per poter procedere all’upgrading in sensibilità di circa un fattore 10 su tutta la banda da 10 a 3000 Hz entro il 2015 (costo aggiuntivo circa 23 Meuro). Stiamo ora lavorando per mettere a punto la migliore strategia per raggiungere questo difficilissimo target. Con la nuova sensibilità il volume di Universo esplorato diviene così 1000 volte più grande rendendo quasi certa la “prima” rivelazione delle OG. Attualmente Virgo ed il progetto LIGO (due rivelatori di 4 km) sono insieme e sono gli unici progetti di grandi dimensioni che possono rivelare le OG. Infatti con tre detectors è possibile sapere la direzione di arrivo delle OG e questo parametro è fondamentale per fare la rivelazione “certa” delle OG.
D: Perchè è così difficile rivelare le OG?
R: «La ragione risiede nella così detta Coupling Constant (CC) per la forza gravitazionale; la CC esprime il modo con cui un tipo di forza fondamentale interagisce con la materia, per es. con le masse, nel ns. caso le masse degli specchi delle cavità ottiche. Esistono 4 forze fondamentali in Natura: la Forza Forte che governa l’interazione “Nucleare” i.e. protone-protone, neutrone- neutrone….la CC vale circa 1, poi le interazioni Elettromagnetiche, quelle che ci fanno vedere la televisione, usare i telefonini, far funzionare la chimica….tipiche dell’ interazione elettrone-protone la cui CC vale 10**(-2), poi vi sono le “Interazioni Deboli” che descrivono le interazioni dei Neutrini con la materia la cui CC vale 10**(-5), ed infine le interazioni Gravitazionali, che sono quelle che tengono insieme l’Universo e che governano l’interazione delle OG con gli specchi di Virgo hanno una CC di 10**(-39) e cioè un milirdesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo più piccola dell CC Elettromagnetica. Il perchè di questa piccolezza è uno dei grandi misteri della natura; le conseguenze di questa piccolissima interazione sono però perniciose per chi vuole rivelare le OG: in Virgo dobbiamo misurare movimenti degli specchi prodotti dalle OG che sono dell’ ordine di 10**(-19) metri e cioè movimenti di oggetti di 20 kg, gli specchi, che hanno le dimensioni di 1/10000 del diametro di un Protone. Per questa ragione queste macchine sono considerate essere le più sofisticate tra tutte le macchine che l’uomo ha costruito. La complessità della loro tecnologia è a dir poco sovrumana».
D: Come vengono prese le decisioni circa le linee di ricerca?
R: «Le decisioni scientifiche vengono prese dal Virgo Steering Committee che si compone dallo Spokesman (durata 3 anni non ripetibile subito) più i capi gruppo di tutti i gruppi di ricerca che afferiscono a Virgo. Vi sono 19 gruppi di ricerca, 1 Ungherese, 1 Polacco, 1 Olandese, 1 EGO, 8 Italiani, 7 Francesi. In più fanno parte del VSC anche tutti gli Spokesmen precedenti. La gestione è solo scientifica».
D: Quanto è costata l’intera operazione?
R: «La costruzione è costata circa 100 milioni di euro pagati da INFN e CNRS.
D: Quanti scienziati lavorano a Virgo?
R: «Circa 250».