Spremuta di luce per l’interferometro Virgo

L’interferometro Virgo, nella campagna pisana

L’interferometro Virgo, il rivelatore con bracci da 3 chilometri costruito nella campagna pisana e fondato dall’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn) e dal Centre national de la recherche scientifique (Cnrs), è l’unico al momento in grado di affiancare i due statunitensi di Ligo per una triangolazione nella caccia alle onde gravitazionali. E da ora in poi sarà ancora più potente grazie a un aggiornamento messo a punto da un gruppo di ricercatori del Max Planck Institute for Gravitational Physics e dell’Institute for Gravitational Physics presso l’Università di Hannover: hanno sviluppato un avanzato sistema ottico che migliorerà la sensibilità dell’interferometro italiano.

«In un rivelatore interferometrico di onde gravitazionali», spiega a Media Inaf Giovanni Losurdo, fisico dell’Infn di Pisa già project leader di Advanced Virgo, « si utilizza un laser per misurare la posizione di specchi sospesi. La sensibilità di un simile rivelatore è limitata dal rumore quantistico associato a questa misura, riconducibile al principio di indeterminazione di Heisenberg. Da diversi anni, però, sono stati messi a punto dei sistemi ottici che sono in grado di eludere il principio di Heisenberg senza violarlo, riducendo il rumore quantistico in un certo intervallo di frequenze al prezzo di aumentarlo in un altro intervallo. Questi sistemi, detti squeezer, o sorgenti di luce “spremuta”, possono essere utili per migliorare la sensibilità di un interferometro. Lo squeezer realizzato dal gruppo di Hannover è stato recentemente installato su Virgo e contiamo che, nel prossimo futuro, sarà utile per aumentarne la sensibilità nella regione delle alte frequenze a parità di potenza del laser».

L’installazione di una sorgente di luce “squeezed”, sviluppata ad Hannover, in una camera bianca presso il rilevatore di onde gravitazionali Virgo. Crediti: H. Lück/B. Knispel/Max Planck Institute for Gravitational Physics

I due strumenti Ligo e il rilevatore Virgo sono attualmente in fase di aggiornamento e miglioramento in preparazione del prossimo ciclo osservativo, chiamato “O3”, che dovrebbe iniziare il prossimo autunno. Gli esperti prevedono un abbondante numero di ulteriori rilevamenti di onde gravitazionali derivanti dalla fusione di buchi neri binari e segnali aggiuntivi derivanti dalla fusione di coppie di stelle di neutroni. 

Lo speciale dispositivo ottico è stato testato dal 2010 sul rivelatore di onde gravitazionali tedesco-britannico GEO600, vicino ad Hannover, e nello specifico quello montato a Pisa ha un valore di 400mila euro. «L’installazione dello squeezer non è l’unico upgrade che Virgo sta implementando», ricorda Losurdo. «Quello più importante è la sospensione delle masse di test con sottili fibre di quarzo che, ci aspettiamo, apporterà un importante miglioramento della sensibilità nell’intervallo delle basse frequenze. Abbiamo inoltre installato un laser nuovo di potenza maggiore rispetto al precedente. In generale l’obiettivo per il prossimo autunno è quello di aumentare di circa 10 volte il volume di universo raggiunto da Virgo rispetto al run della scorsa estate. Questo non sarà ancora sufficiente a raggiungere la sensibilità di Ligo (si deve comunque tenere presente che c’è un gap strutturale legato alla diversa lunghezza dei bracci: Virgo è lungo 3 km e Ligo 4 km), ma costituirà comunque un progresso importante per l’intero network». 
Tutte le volte che sono state rilevate onde gravitazionali, l’Italia ha giocato un ruolo importante, «ha dato e continua a dare un contributo cruciale al settore», sottolinea il ricercatore dell’Infn. «Lo fa attraverso i tanti fisici che lavorano all’estero (occupando anche posizioni di alta responsabilità all’interno della Ligo Scientific Collaboration o in altre istituzioni europee, in primis il Cnrs) e lo fa attraverso Virgo, sul suo territorio. Investendo sulle onde gravitazionali, l’Italia ha vinto una scommessa scientifica straordinaria, una sfida in grado di colpire l’immaginario di tantissimi giovani e dare così un grande contributo culturale alla crescita del paese. A questo punto è importante proseguire in questo cammino e non dissipare l’enorme patrimonio di conoscenze acquisito. Il prossimo obiettivo è l’Einstein Telescope, l’interferometro di terza generazione. Dobbiamo fare in modo che l’Italia sia tra i protagonisti di questa nuova impresa, e lavorare per proporre la candidatura di un sito italiano per realizzarla».

Fonte: Spremuta di luce per l’interferometro Virgo