Virgo, la super antenna che aspetta un segnale dalla creazione

Uno dei due tunnel che compongono l'interferometro Virgo - foto Franco Silvi

Nell'interferometro di Cascina, riacceso per captare le onde gravitazionali in viaggio per miliardi di anni luce

Nel 1971 l'Università di Washington spedì un orologio atomico a bordo di un jet e ne tenne un altro a terra. Le lancette partirono sincronizzate ma arrivarono sfasate di qualche miliardesimo di secondo. La differenza però c'era e dipendeva dal moto nello spazio del jet, dove il tempo era scorso un po' più lentamente. Lo spaziotempo è relativo: l'ultima prova, clamorosa, che l'intuizione di Albert Einstein era corretta è arrivata nel 2015 dagli Stati Uniti con un esperimento infinitamente più complesso che in questi stessi giorni viene ripetuto in Toscana. Precisamente all'Osservatorio gravitazionale europeo (Ego) che si trova lungo la Fi-Pi-Li. All'altezza di Lavoria si vedono due tunnel azzurri che dallo scolmatore si allungano tra i campi verso Arnaccio e Cascina. Un'antenna a due bracci che l'universo può far vibrare come un diapason. Al loro interno viaggia la luce.

L'interferometro del progetto Virgo è stato riacceso il primo agosto dopo sei anni di stop per potenziamenti. L'attuale Advanced Virgo non ha potuto captare dunque le tre onde gravitazionali registrate negli scorsi mesi dai suoi gemelli Ligo: i due interferometri americani, con bracci di 4 chilometri che li rendono più potenti del fratello italiano, si trovano ai due capi degli Stati Uniti, uno a Hanford (Washington), l'altro a Livingston (Louisiana). In tutto il mondo sono operativi solo questi tre interferometri e i ricercatori di Virgo e dei due Ligo collaborano tra loro come un unico team scientifico e insieme analizzano i dati raccolti. Così anche a Cascina si è festeggiato il 14 settembre, il 26 dicembre 2015 e il 4 gennaio 2017, quando le antenne di Ligo hanno "ascoltato" la fusione di due coppie di buchi neri. Ogni volta, nella collisione, una parte della massa si trasforma in energia (secondo la famosa equazione "E=mc²") e genera l'onda gravitazionale.

Come funziona l'interferometro Virgo

IL TELO ELASTICO. La luce del Sole impiega 8 minuti a raggiungere la Terra. L'ultima onda gravitazionale proveniva da un punto lontano circa 3 miliardi di anni luce, quando sul nostro mondo si affacciava la vita. Ma anziché puntare un telescopio, "ascoltiamo" l'eco di una perturbazione dello spaziotempo che viaggia alla velocità della luce senza essere assorbita. Per visualizzarla, si può immaginare un telo elastico (lo spaziotempo) su cui appoggiamo due sfere come la Terra e la Luna: la più leggera orbiterà attorno alla più pesante percorrendo il binario immaginario prodotto dall'avvallamento. Nel caso di cataclismi spaziali la distorsione fa vibrare il telo fino a molto lontano, come le increspature del sasso nello stagno. Ecco, le onde gravitazionali che percepiamo sono prodotte da fusioni di buchi neri o esplosioni di supernove. Altro che navi da combattimento in fiamme al largo dei bastioni di Orione: a Cascina c'è un orecchio che ascolta la danza di due buchi neri, due punti in cui la forza di gravità è estrema e che si fondono ripiegando all'infinito lo spaziotempo in un solo punto da cui neanche la luce può sfuggire.

Ecco perché le onde gravitazionali sono così importanti

LA PRECISIONE DEL LASER. Valerio Boschi, ricercatore di Ego, apre al Tirreno le porte di questo tempio dove prende forma una nuova branca della scienza: l'astronomia gravitazionale. Il centro è nato nel 2003 grazie alla collaborazione tra Istituto nazionale di fisica nucleare italiano e il Cnr francese. Vi lavorano a turno 250 ricercatori di quattro paesi. Sui monitor della sala di controllo confluiscono i dati della rilevazione in corso. Un gruppo di scienziati tiene gli occhi puntati sui risultati. Virgo è in ascolto. «Lo resterà almeno fino al 25 agosto - spiega Boschi - ma si potrebbe decidere di prolungare l'esperimento: con due mesi di tempo, anziché uno, la probabilità di registrare un evento sarebbe più concreta». Senza proroghe, tra venti giorni Ligo e Virgo si spegneranno per un anno e saranno ulteriormente potenziati. «Il fatto di essere accesi insieme è l'aspetto fondamentale - aggiunge Boschi - perché Ligo da solo non è in grado di localizzare la provenienza dell'onda gravitazionale. La sorgente deve essere triangolata. Con due detector si ha un'idea vaga dell'origine del segnale. Con tre interferometri che registrano lo stesso evento, si può essere molto più precisi».

La ragione per cui in così poco spazio si possa percepire il segnale di un fenomeno tanto remoto dipende dalla straordinaria precisione degli strumenti. L'interferometro funziona "sparando" un raggio laser contro uno specchio che lo divide esattamente in due. Ciascuna metà percorre un braccio, al termine del quale uno specchio riflette completamente la luce nella direzione opposta e così via. Per una frazione di secondo le due luci vengono "imprigionate" grazie a due specchi semi-trasparenti all'ingresso dei bracci: i riflessi prodotti ne allungano il percorso fino a 300 chilometri. Al rendez vous finale le due metà del laser sono attese esattamente allo stesso momento. La velocità della luce, infatti, è l'unica costante dell'universo: 300.000 chilometri al secondo. La nostra percezione si ribella all'idea che questa velocità rappresenti anche un limite, giacché niente può muoversi più veloce di così. Dentro Virgo, se i due fasci non si annullano a vicenda quando si ricompongono nel punto in cui sono misurati, significa che qualcosa li ha disturbati lungo il percorso.

Che ''rumore'' fanno due buchi neri che si scontrano

FERMI, FERMISSIMI. Cascina, come si può constatare, non si trova nello spazio ma è appoggiata sulla Terra ed è esposta ai suoi movimenti, compresi quelli sismici. Eppure gli specchi di un interferometro riescono a stare fermi anche in caso di terremoto. «Si può dire che - dice Boschi - gli specchi di Virgo e di Ligo siano gli oggetti più fermi che esistano sulla Terra». Sono infatti sospesi con cavi di metallo su un sistema di pendoli a cascata in grado di abbattere le vibrazioni e isolare lo strumento dalle interferenze quasi come se fosse nel vuoto. La parte finale dei cavi, nel corso del prossimo potenziamento, sarà sostituita con fili di quarzo per ridurre il surriscaldamento, mentre anche le tecniche ottiche saranno migliorate. Prosegue dunque la corsa verso la perfezione, il cuore di questo fragile e poderoso esperimento.

ORGOGLIO TOSCANO. Una precisione che non tollera sbavature. Perché le onde gravitazionali sono state un dilemma che da Einstein in poi la scienza ha cercato di sciogliere: impulsi così piccoli hanno sfidato per un secolo la capacità dell'uomo di misurarli. Lo scontro di due buchi neri, con masse di svariate decine di Soli, può provocare un'oscillazione della lunghezza di una frazione del diametro di un protone. Trovate le onde, abbiamo appena cominciato a schiudere lo scrigno dei dilemmi del Cosmo e delle sue origini. Una missione ai confini della scienza che vede la Toscana capofila mondiale di una ricerca così sofisticata da essere paragonabile in Italia solo a quelle sui neutrini e sulla materia oscura condotte nei laboratori di fisica nucleare del Gran Sasso. Qui tra i campi di granturco di Cascina la ricerca prova a spingere la conoscenza umana oltre i limiti dell'immaginazione.

I due bracci di Virgo si allungano tra le campagne di Cascina

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