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LIGO raddoppia

LIGO raddoppia la sua sensibilità

LIGO raddoppia la sua sensibilità

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Nei prossimi anni, gli interferometri gemelli costruiti negli Stati Uniti verranno potenziati fino a raddoppiare la loro sensibilità. Grazie a questo miglioramento, i due strumenti della collaborazione LIGO potrebbero rilevare onde gravitazionali ogni oraDavide Castelvecchi/Nature

onde gravitazionali fisica

Nel prossimo decennio dovrebbe essere possibile rilevare le onde gravitazionali quasi ogni ora. A partire dal 2023, il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) verrà sottoposto al suo aggiornamento più significativo dal 2015, come hanno annunciato il 14 febbraio scorso i suoi enti finanziatori di Stati Uniti e Regno Unito.

La National Science Foundation degli Stati Uniti sta contribuendo con 20,4 milioni di dollari (18 milioni di euro) al progetto Advanced LIGO Plus (o ALIGO+), la UK Research and Innovation sta fornendo altri 10,7 milioni di sterline (12,3 milioni di euro), con un piccolo contributo dall’Australia. Gli aggiornamenti presso i due siti di LIGO, nello Stato di Washington e in Louisiana, includeranno l’aggiunta di una cavità ottica a vuoto di 300 metri di lunghezza. Questo aiuterà gli scienziati a manipolare le proprietà quantistiche dei laser nel cuore del sistema di rivelazione di LIGO e a ridurre il rumore.

LIGO è formato da interferometri a forma di L situati a Hanford, nello Stato di Washington, e Livingston, in Louisiana, ciascuno con due bracci di quattro chilometri. È entrato in funzione per la prima volta dal 2002 al 2010, per poi essere riavviato nel 2015 dopo numerosi aggiornamenti.

LIGO raddoppia la sua sensibilitàIllustrazione di due buchi neri in fase di fusione. (Science Photo Library RF/AGF)L’osservatorio ha effettuato la sua prima rivelazione – le onde gravitazionali prodotte dalla fusione di due buchi neri – nel settembre di quell’anno. Finora ha catturato dieci fusioni di buchi neri, più una fusione di due stelle di neutroni. LIGO è stato sottoposto a miglioramenti periodici, e ora sta per riaprire dopo un aggiornamento progettato per aumentare la sensibilità del 50 per cento.

Un sistema migliorato
Ma gli aggiornamenti di ALIGO+ saranno più drastici. Se tutto andrà secondo i piani, LIGO sarà in grado di rilevare fusioni di

stelle di neutroni che si verificano entro 325 megaparsec (circa un miliardo di anni luce) dalla Terra, dice Ken Strain, fisico dell’Università di Glasgow, in Regno Unito, che guida un consorzio di università britanniche che dovrebbero ricevere la maggior parte del denaro del Regno Unito. Questo raddoppierà quasi la sensibilità di progetto che LIGO si aspetta di raggiungere prima dell’aggiornamento di ALIGO+, pari a 173 megaparsec.

LIGO è già in grado di individuare buchi neri distanti miliardi di parsec. Entro il 2022, dovrebbe rivelare circa uno di questi eventi al giorno, e il successivo aggiornamento di ALIGO+ dovrebbe spingerlo a un evento ogni poche ore.

Le modifiche miglioreranno anche la qualità delle osservazioni, non solo la loro frequenza, ha detto l’ex direttore di LIGO Barry Barish in una conferenza stampa a Washington, negli Stati Uniti. Per esempio, la riduzione del rumore permetterà ai ricercatori di dire in che modo i buchi neri ruotavano prima della fusione, il che può fornire indizi sulla loro storia. “Ci dà la possibilità di misurare le cose come non possiamo fare ora”, ha detto Barish, fisico del California Institute of Technology di Pasadena e premio Nobel per la fisica nel 2017.

Abbattere il rumore
Gli interferometri per le onde gravitazionali funzionano confrontando continuamente le lunghezze dei loro due bracci. Lo fanno facendo rimbalzare fasci laser tra coppie di specchi alle estremità di ciascun braccio, e quindi facendo convergere i due fasci su un punto centrale, dove si sovrappongono. In assenza di onde gravitazionali, le oscillazioni elettromagnetiche dei fasci si annullano. Ma se lo spazio-tempo viene disturbato e i bracci cambiano di lunghezza, i fasci laser non si cancellano più a vicenda e un sensore inizia a rilevare la luce.

Nella pratica, gli specchi non possono essere mantenuti perfettamente immuni dalle vibrazioni termiche e sismiche. Inoltre, il laser stesso produce rumore, a causa della natura casuale della fisica quantistica. Gli scienziati di LIGO hanno sviluppato tecniche elaborate per smorzare queste fonti di rumore e per estrarre segnali da qualsiasi rumore rimasto.

L’aggiornamento di LIGO che sta per essere completato include l’implementazione di una tecnica chiamata luce spremuta (squeezed light), che è anche usata dall’interferometro Virgo, costruito vicino a Pisa, a guida italo-francese. Il sistema per spremere la luce di LIGO ridurrà le fluttuazioni nel numero di fotoni che raggiungono il sensore di luce, ma aumenterà l’entità della spinta dei fasci sugli specchi. Come l’aria in un materasso ad aria parzialmente gonfiato, il rumore quantistico non può essere completamente eliminato, ma solo diffuso intorno. Il principale miglioramento di ALIGO+ – che richiede i tunnel da 300 metri – introdurrà la “spremitura dipendente dalla frequenza”. Ciò consentirà agli interferometri di ridurre allo stesso tempo sia la pressione sugli specchi sia le fluttuazioni del fotone. Altri miglioramenti includeranno nuovi specchi con rivestimenti all’avanguardia, che dovrebbero ridurre di quattro volte il rumore termico.

(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature il 15 febbraio 2019. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)

 

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