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Virgo, un udito sempre più fino

Virgo, un udito sempre più fino

La nuova tecnologia installata su Virgo (H. Lück/B. Knispel/Max Planck Institute)

Trasformare l’ascolto delle onde gravitazionali in un’operazione di routine, e captare sempre meglio i sussurri dell’universo. È l’obiettivo del nuovo campo di indagine aperto con l’astronomia gravitazionale, dove il rivelatore italiano Virgo gioca un ruolo di primo piano. Frutto di una collaborazione tra l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e il Cnrs francese, Virgo è un interferometro laser immerso nelle campagne pisane, a Cascina. È in funzione dal 2003, e nell’ultimo anno ha fatto parlare parecchio di sé grazie alle osservazioni, effettuate in simultanea con il suo cugino americano Ligo, che hanno permesso di confermare le onde gravitazionali previste da Einstein oltre un secolo fa.

Ora una nuova tecnologia arriva direttamente dalla Germania a potenziare i ‘sensi’ di Virgo: un gruppo di ricerca del Max Planck Institute for Gravitational Physics e dell’Università di Leibniz ad Hannover ha messo a punto una sorgente di luce ‘spremuta’ (squeezed-light source) per l’interferometro. A partire dall’autunno 2018, gli scienziati utilizzeranno questa nuova tecnologia per affinare ancora di più l’udito di Virgo.

“La sensibilità degli interferometri – spiega Gianluca Gemme, Responsabile Nazionale Infn del progetto Virgo – è limitata da vari fattori. Uno di questi è il cosiddetto rumore quantistico, associato al fatto che usiamo la luce per misurare la distanza tra gli specchi. Si tratta di un fenomeno riconducibile al principio di indeterminazione di Heisenberg, che nel caso della luce mette in relazione le fluttuazioni di fase e di ampiezza. In particolare, il prodotto tra la fluttuazione della fase e la fluttuazione dell’ampiezza della luce che noi usiamo non può essere ridotto al di sotto di un certo limite. I sistemi di luce spremuta sono sistemi ottici che eludono il principio di indeterminazione di Heisenberg senza violarlo, dal momento che riducono le fluttuazioni della fase della luce, aumentando le fluttuazioni di ampiezza.”

Il trucco funziona perché queste due fluttuazioni intervengono sulla sensibilità dell’interferometro in intervalli di frequenza differenti: ad alta frequenza siamo dominati dalle fluttuazioni di fase, a bassa frequenza da quelle di ampiezza. “Il nuovo sistema che è stato installato su Virgo – continua Gemme – riduce le fluttuazioni della fase: ci permette di migliorare la sensibilità dell’interferometro ad alta frequenza. Allo stesso tempo, la squeezed-light peggiora un po’ le fluttuazioni della luce a bassa frequenza, ma per noi nel complesso si tratta comunque di una modifica conveniente poiché la sensibilità dell’interferometro a bassa frequenza è, per il momento, limitata da altri fattori.”

L’udito di Virgo sarà comunque affinato anche a bassa frequenza: a tal proposito la collaborazione sta lavorando per migliorare il sistema di specchi dell’interferometro. “In questa fase in cui Virgo è spento – spiega Gemme –  l’altra modifica fondamentale è la sostituzione del sistema di sospensione degli specchi. Stiamo cambiando i fili metallici che sostengono i 4 specchi di Virgo con sottilissime fibre di quarzo, che dovrebbero permetterci di migliorare in modo significativo la sensibilità a bassa frequenza.”

E così il rivelatore pisano si prepara a equipaggiarsi al meglio in vista della cosiddetta fase di osservazione O3, che inizierà nell’autunno di quest’anno. “Il nostro obiettivo è quello di avere l’interferometro completo entro aprile 2018 – conclude Gemme – in modo di essere pronti a intraprendere la nuova fase di osservazione in simultanea con Ligo. Complessivamente, ci aspettiamo un miglioramento di un fattore 2 rispetto alla sensibilità della scorsa estate: questo aumenterà quasi di un fattore 10 il volume di universo osservato.”

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